Evaluación de las principales discontinuidades presentadas en las uniones soldadas de una línea de tubería para la conducción de petroleo y la aplicación de los ensayos no destructivos en el proyecto “Puerto Bravo”

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(1)UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA METALÚRGICA. EVALUACIÓN DE LAS PRINCIPALES DISCONTINUIDADES PRESENTADAS EN LAS UNIONES SOLDADAS DE UNA LÍNEA DE TUBERÍA PARA LA CONDUCCIÓN DE PETROLEO Y LA APLICACIÓN DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS EN EL PROYECTO “PUERTO BRAVO”. Tesis presentada por el Bachiller: TTITO CALLATA, DANTE ALEXIS para optar el Título Profesional de INGENIERO METALÚRGISTA. AREQUIPA – PERÚ 2017.

(2) DEDICATORIA A Dios, mis padres, mi esposa y mi hijo, por las bendiciones y confianza depositadas en mí.. II.

(3) AGRADECIMIENTOS Agradezco a mis padres y maestros que guiaron mi formación profesional, ya que sin su apoyo el presente trabajo no hubiera sido posible. III.

(4) RESUMEN La unión de metales es un proceso de conformado con aumento de materia, que tiene una gran importancia industrial en el desarrollo de las diferentes áreas de mantenimiento y recuperación de elementos de máquina, en los diferentes sectores como la minería, la mecánica, la industria pesquera, la aviación y en general en la metal-mecánica, sin mencionar que también se utiliza la soldadura en mega construcciones como en la instalación de redes de tubería para la conducción de combustibles. El objetivo principal de esta tesis es demostrar que la aplicación correcta de los ensayos no destructivos (NDT) en las líneas de tuberías de acero para la conducción de diésel B-5 es la mejor opción para detectar defectos y prevenir fugas. Para este estudio se tiene en cuenta los conceptos básicos y definiciones relacionados a la soldadura como son los códigos aplicables, los ensayos no destructivos (Superficiales, volumétricos y de hermeticidad) y las imperfecciones comunes (fisuras, falta de fusión. falta de penetración, inclusiones sólidas, gaseosas, quemones y las discontinuidades de forma). La parte experimental de la presente tesis demuestra los aspectos analíticos (variables que controlan el proceso de soldadura), los procedimientos de trabajo que se siguieron para la fabricación y montaje del sistema de tuberías, el soldeo propiamente dicho cuyos WPS, PQR y WPQ son de vital importancia generarlos antes de iniciar esta actividad y los ensayos no destructivos que se aplicaron a este sistema, iniciando con los ensayos superficiales (Ensayo de líquidos penetrantes e inspección visual), ensayo volumétrico (Ensayo radiográfico) y los ensayos de hermeticidad (Pruebas hidrostáticas a las válvulas de compuerta y la prueba neumática para la línea de tubería). Los resultados obtenidos demuestran que cada ensayo no destructivo es capaz de localizar defectos tanto superficiales como internos e incluso del mismo material base (tubería), cuya corrección inmediata antes de la puesta en marcha del sistema genera una disminución en los costos, como por ejemplo la prolongación del mantenimiento anual al sistema de tuberías. PALABRAS CLAVE: Soldadura, defectos, ensayos no destructivos, tuberías, pruebas, superficiales, volumétricos, hermeticidad, procedimiento, mantenimiento, sistema, analítico.. IV.

(5) ABSTRACT The union of metals is a process of conformed with increase of matter, that has a great industrial importance in the development of the different areas of maintenance and recovery of elements of machine, in the different sectors like the mining, the mechanics, the fishing industry, aviation and in general in metal-mechanics, not to mention that welding is also used in mega constructions as in the installation of pipe networks for the conduction of fuels. The main objective of this thesis is to demonstrate that the correct application of the non-destructive tests (NDT) in the lines of steel pipes for driving B-5 diesel is the best option to detect defects and prevent leaks. For this study, basic concepts and definitions related to welding are taken into account, such as applicable codes, nondestructive tests (surface, volumetric and hermetic) and common imperfections (cracks, lack of fusion, lack of penetration, inclusions solid, soft drinks, chemos and the discontinuities of form). The experimental part of this thesis demonstrates the analytical aspects (variables that control the welding process), the work procedures that were followed for the manufacture and assembly of the pipe system, the welding itself, whose WPS, PQR and WPQ are of vital importance to generate them before starting this activity and the non-destructive tests that were applied to this system, starting with the superficial tests (Test of penetrating liquids and visual inspection of welding), volumetric test (radiographic test) and the tests of hermeticity (Tests hydrostatic to the gate valves and the pneumatic test for the pipeline. The results obtained show that each non-destructive test is able to locate both superficial and internal defects and even the same base material (pipe), whose immediate correction before the start-up of the system generates a decrease in costs, such as prolongation of annual maintenance to the piping system. KEYWORDS: Welding, defects, non-destructive tests, piping, tests, superficial, volumetric, hermeticity, procedure, maintenance, system, analytical.. V.

(6) PRESENTACIÓN Señores miembros del Jurado:. Cumpliendo con el Reglamento de Grados y Títulos de la Facultad de Ingeniería de Procesos – Escuela Profesional de Ingeniería Metalúrgica, presento a vuestra consideración mi Tesis Titulada: EVALUACIÓN DE LAS PRINCIPALES DISCONTINUIDADES PRESENTADAS EN LAS UNIONES SOLDADAS DE UNA LÍNEA DE TUBERÍA PARA LA CONDUCCIÓN DE PETROLEO Y LA APLICACIÓN DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS EN EL PROYECTO “PUERTO BRAVO”. La unión de metales es un proceso de conformado con aumento de materia, que tiene una gran importancia industrial en el desarrollo de las diferentes áreas de mantenimiento y recuperación de elementos de máquina, en los diferentes sectores como la minería, la mecánica, la industria pesquera, la aviación y en general en la metal-mecánica, sin mencionar que también se utiliza la soldadura en mega construcciones como en la instalación de redes de tubería para la conducción de combustibles; la evaluación de las principales variables que gobiernan este proceso de conformado con aumento de materia permiten garantizar la calidad de la unión soldada. La evaluación de las uniones soldadas mediante los ensayos no destructivos correspondientes es de vital importancia.. El estudio de caracterización involucra aspectos generales de conocimiento de los temas relacionados con la ciencia de los materiales, la teoría de los diferentes procedimientos de la unión de materiales.. Se tomará en cuenta la elaboración de un diseño de experimentos para evaluar las variables que permitan un buen desempeño en servicio de las partes soldadas.. Bachiller: Dante Alexis Ttito Callata. VI.

(7) ANTECEDENTES A) DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA. La técnica de Soldeo en aspectos comerciales se ha manifestado con mayor preponderancia a inicios del Siglo XX, con el descubrimiento de los electrodos con recubrimiento como un proceso de soldadura manual.. A partir de ahí a la actualidad se han adicionado procesos como los semiautomáticos, automáticos y mecánicos, siendo potenciados con la adición de gases inertes y activos, de alambre sólido y tubular como material de aporte, cambios en las polaridades, nuevas y modernas fuentes de poder cada vez más pequeñas.. A todo ese avance con la soldadura, las exigencias con respecto al control de calidad de las uniones soldadas fueron aumentando, por ser la zona más propensa a que ocurran fallas.. Sobre todo, en la construcción de estructuras tales como tanques, líneas de tuberías, donde el almacenaje y el transporte del fluido requieren de la realización de inspecciones y pruebas mediante el uso de los ensayos no destructivos (NDT). B) FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. Para mostrar un trabajo de soldeo confiable para la instalación de líneas de tuberías para el transporte de Diésel B-5, se hace necesario la aplicación de los ensayos no destructivos, como la mejor opción para garantizar cordones de alta calidad que cumplan con las exigencias de soportar altas presiones, cambios de temperatura y de esa manera evitar posibles fugas.. VII.

(8) JUSTIFICACIÓN Para mostrar un trabajo de soldeo confiable para la instalación de líneas de tuberías para el transporte de Diésel B-5, se hace necesario la aplicación de los ensayos no destructivos, como la mejor opción para garantizar cordones de alta calidad que cumplan con las exigencias de soportar altas presiones, cambios de temperatura y de esa manera evitar posibles fugas. OBJETIVOS. A) OBJETIVO GENERAL. 1. Demostrar que la aplicación correcta de los ensayos no destructivos (NDT) en las líneas de tuberías de acero para la conducción de diésel B-5 es la mejor opción para detectar defectos y prevenir fugas. B) OBJETIVOS ESPECÍFICOS. 1. Elaborar procedimientos para las inspecciones y pruebas en la instalación de tuberías de acero. 2. Elaborar registros donde se evidencie que se está cumpliendo con los requisitos establecidos en los códigos aplicables. HIPÓTESIS. Si utilizamos procedimientos de trabajo confiables y emitimos registros que evidencien las buenas prácticas que se realizan para la instalación de tuberías de acero en la conducción. de. diésel. B-5,. entonces. habremos. implementado un. plan. de. aseguramiento de calidad confiable para la instalación de tuberías de acero, todo esto en el marco del proyecto “Puerto Bravo”.. VIII.

(9) ÍNDICE GENERAL Pag. DEDICATORIA ......................................................................................................II AGRADECIMIENTO ..............................................................................................III RESUMEN .............................................................................................................IV ABSTRACT ...........................................................................................................V PRESENTACIÓN ...................................................................................................VI ANTECEDENTES ..................................................................................................VII JUSTIFICACIÓN ....................................................................................................VIII OBJETIVOS...........................................................................................................VIII HIPOTESIS ............................................................................................................VIII. CAPITULO I.- MARCO TEÓRICO 1.1.- Central Termoeléctrica “Puerto Bravo” Nodo Energético del Sur de Mollendo ....................................................................................................... 1 1.2.- Códigos Aplicables ......................................................................................... 2 1.2.1.- API 110414 ........................................................................................ 2 1.2.2.- ASME B31.4 ..................................................................................... 3 1.3.- Ensayos no Destructivos ................................................................................ 4 1.3.1.- Ensayos superficiales......................................................................... 5 1.3.1.1.- Inspección Visual de Soldadura ........................................... 5 1.3.1.2.- Ensayo de Líquidos Penetrantes ......................................... 5 1.3.1.3.- Ensayo de Partículas Magnéticas ........................................ 6 1.3.2.- Ensayos volumétricos ........................................................................ 7 1.3.2.1.- Ensayo Radiográfico ............................................................ 7 1.3.2.2.- Ensayo de Ultrasonido ......................................................... 8 1.3.3.- Ensayos de Hermeticidad .................................................................. 9 1.3.3.1.- Pruebas por cambio de Presión (Hidrostática o Neumática) 9 1.4.- Imperfecciones ...............................................................................................11 1.4.1.- Fisuras ...............................................................................................11 1.4.2.- Falta de Fusión ..................................................................................13 1.4.3.- Falta de Penetración ..........................................................................14 1.4.4.- Inclusiones Sólidas ............................................................................15 1.4.5.- Inclusiones Gaseosas ........................................................................16 1.4.6.- Quemón .............................................................................................18. IX.

(10) 1.4.7.- Discontinuidades de Forma ................................................................18 1.4.7.1.- Mordeduras..........................................................................18 1.4.7.2.- Solapamiento .......................................................................20 1.4.7.3.- Sobreespesor ......................................................................20 1.4.7.4.- Exceso de Penetración ........................................................21 1.4.7.5.- Socavación ..........................................................................22 CAPITULO II – PRUEBAS EXPERIMENTALES. 2.1.- Aspectos analíticos ........................................................................................23 2.1.1.- Equipos y Materiales ..........................................................................23 2.1.1.1.- Fuente de Poder ..................................................................23 2.1.1.2.- Proceso de Soldadura .........................................................24 2.1.1.3.- Material Base .......................................................................24 2.1.1.4.- Diseño de la Junta ...............................................................26 2.1.1.5.- Posición ...............................................................................27 2.1.1.6.- Diámetro y Espesor de Pared ..............................................27 2.1.1.7.- Metal de Aporte ...................................................................28 2.1.2.- Variables que controlan el proceso de la Soldadura ...........................30 2.1.2.1.- Longitud de Arco ..................................................................30 2.1.2.2.- Ángulo de Contacto .............................................................30 2.1.2.3.- Velocidad de Avance ...........................................................30 2.1.2.4.- Intensidad de Soldeo ...........................................................30 2.2.- Procedimiento de Fabricación y Montaje de Sistema de Tubería ...................31 2.2.1.- Procedimientos de soldadura según Norma API 1104 .......................31 2.2.1.1.- Especificación del Procedimiento de Soldadura (WPS) .......31 2.2.1.2.- Registro de Calificación del Procedimiento de ..................... Soldadura (PQR)..................................................................32 2.2.1.3.- Calificación de la Performance del Soldador (WPQ) ............33 2.2.2.- Preparación de los tubos para el soldeo (Montaje) .............................33 2.2.2.1.- Recepción Materiales ..........................................................33 2.2.2.2.- Prefabricados en taller .........................................................34 2.2.2.3.- Fabricación en campo..........................................................35 2.2.2.4.- Montaje del sistema de tuberías .........................................36 2.2.3.- Soldeo Metálico por Arco con Electrodo Revestido (SMAW) ..............39 2.2.3.1.- Pase Raiz, Material de aporte: E-6010.................................40 2.2.3.2.- Pases de Relleno, Material de aporte: E-7010 .....................42. X.

(11) 2.3.- Ensayos No Destructivos realizados ..............................................................44 2.3.1.- Ensayos Superficiales ........................................................................44 2.3.1.1.- Ensayo de Líquidos Penetrantes .........................................44 2.3.1.2.- Inspección Visual de Soldadura ...........................................50 2.3.2.- Ensayos Volumétricos ........................................................................51 2.3.2.1.- Ensayo Radiográfico ............................................................51 2.3.3.- Ensayos de Hermeticidad ..................................................................55 2.3.3.1.- Pruebas Hidrostáticas a las Válvulas Compuerta .................55 2.3.3.2.- Pruebas por cambio de Presión (Neumática) .......................58 CAPITULO III – DISCUSION DE RESULTADOS. 3.1.- Evaluación de las Imperfecciones ..................................................................62 3.1.1.- Plan de Aseguramiento de la Calidad ................................................62 3.1.2.- Evaluación Ensayos de Líquidos Penetrantes ....................................62 3.1.3.- Evaluación Inspección Visual de Soldadura .......................................64 3.1.4.- Evaluación Ensayos Radiográficos ....................................................65 3.1.5.- Evaluación Pruebas de Cambio de Presión .......................................66 CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS. XI.

(12) ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA 1.1 Central Termoeléctrica “Puerto Bravo” ............................................... 2 FIGURA 1.2 Fisuras ...............................................................................................12 FIGURA 1.3 Falta de Fusión ..................................................................................14 FIGURA 1.4 Falta de penetración ..........................................................................15 FIGURA 1.5 Inclusiones sólidas .............................................................................16 FIGURA 1.6 Inclusiones gaseosas .........................................................................17 FIGURA 1.7 Quemón .............................................................................................18 FIGURA 1.8 Mordeduras ........................................................................................19 FIGURA 1.9 Solapamiento .....................................................................................20 FIGURA 1.10 Sobre-Espesor .................................................................................20 FIGURA 1.11 Exceso de penetración .....................................................................21 FIGURA 1.12 Socavación ......................................................................................22 FIGURA 2.1 Junta típica ........................................................................................27 FIGURA 2.2 Esmerilado de la superficie del bisel ..................................................35 FIGURA 2.3 Montaje de Tuberías con el uso de tecles y trípode ...........................37 FIGURA 2.4 Montaje de Tubería en el acantilado ..................................................39 FIGURA 2.5 Pase de raíz con cellocord PT E6010 Ø3.0mm ..................................41 FIGURA 2.6 Limpieza de superficie empleando amoladora ...................................41 FIGURA 2.7 Pases de relleno y acabado ...............................................................44 FIGURA 2.8 Aplicación de líquidos penetrantes .....................................................48 FIGURA 2.9 Remoción de líquido penetrante excedente .......................................49 FIGURA 2.10 Aplicación del revelador e inspección de la junta .............................49 FIGURA 2.11 Junta terminada e inspeccionada visualmente .................................51 FIGURA 2.12 Placa Radiográfica ...........................................................................55 FIGURA 2.13 Prueba de asiento en válvulas compuerta ........................................56 FIGURA 2.14 Prueba de cuerpo en válvulas compuerta ........................................57 FIGURA 2.15 Método de prueba neumática ...........................................................58 FIGURA 2.16 Toma de datos de prueba neumática (inicio)....................................60 FIGURA 2.17 Toma de datos de prueba neumática (final) .....................................60 FIGURA 2.18 Conexionado para prueba neumática...............................................61 FIGURA 3.1 Gráfico inspección de tintes penetrantes ............................................63 FIGURA 3.2 Gráfico inspección visual de soldadura ..............................................65 FIGURA 3.3 Gráfico pruebas radiográficas ............................................................66. XII.

(13) ÍNDICE DE TABLAS. TABLA 1 Lista de Máquinas de Soldar ...................................................................24 TABLA 2 Análisis Químico de las tuberías ASTM A-53 / A-106 / API 5L ................24 TABLA 3 Propiedades Mecánicas de las tuberías ASTM A-53 / A-106 / API 5L .....25 TABLA 4 Análisis Químico de los accesorios ASTM A-234 ....................................25 TABLA 5 Propiedades Mecánicas de los accesorios ASTM A-234.........................25 TABLA 6 Análisis Químico de las bridas ASTM A-105 ...........................................26 TABLA 7 Propiedades Mecánicas de las bridas ASTM A-105 ................................26 TABLA 8 Diámetro y espesor de pared ..................................................................27 TABLA 9 Metal de Aporte .......................................................................................28 TABLA 10 Análisis Químico del cellocord E6010 ...................................................29 TABLA 11 Propiedades mecánicas del cellocord E6010 ........................................29 TABLA 12 Análisis Químico del cellocord E7010 A1 ..............................................29 TABLA 13 Propiedades mecánicas del cellocord E7010 A1 ...................................29 TABLA 14 Velocidad de Avance.............................................................................30 TABLA 15 Intensidad de Soldeo.............................................................................31 TABLA 16 Variables Esenciales y no Esenciales ...................................................32 TABLA 17 Características a inspeccionar ..............................................................34 TABLA 18 Lista de Soldadores...............................................................................40 TABLA 19 Pase de Raíz ........................................................................................40 TABLA 20 Pases de relleno y acabado, juntas de 10” ............................................52 TABLA 21 Pases de relleno y acabado, juntas de 12” ............................................43 TABLA 22 Pases de relleno y acabado, juntas de 14” ............................................43 TABLA 23 Kit de Tintes Penetrantes ......................................................................45 TABLA 24 Penetrametros.......................................................................................52 TABLA 25 Selección del indicador de calidad de imagen .......................................52 TABLA 26 Defectos en la inspección de líquidos penetrantes ................................63 TABLA 27 Porcentaje de defectos en la inspección de Líquidos penetrantes.........63 TABLA 28 Defectos en la inspección visual de soldadura ......................................64 TABLA 29 Porcentaje de defectos en la inspección visual .....................................64 TABLA 30 Defectos en las pruebas radiográficas ..................................................65 TABLA 31 Porcentaje de defectos en las pruebas radiográficas ............................66 TABLA 32 Porcentaje de Válvulas devueltas..........................................................66. XIII.

(14) CAPITULO I. MARCO TEÓRICO. 1.1. CENTRAL TERMOELÉCTRICA “PUERTO BRAVO”, NODO ENERGÉTICO DEL SUR DE MOLLENDO La Central Termoeléctrica “PUERTO BRAVO” se encuentra ubicada en la carretera Mollendo - Mejía, provincia de Islay y departamento de Arequipa.. Está Compuesta por Cuatro Turbinas General Electric de 180 Megawatts cada una, con las cuales alcanzara una potencia total (Operando con Gas) de 720 MW, que la convertirán en una de las cinco centrales de su tipo más grande del País. Si bien será de ciclo simple, estará apta para ser ampliada a ciclo combinado.. Tiene proyectado realizar sus operaciones de manera dual, pues inicialmente lo hará con Petróleo Diésel B-5 y posteriormente cuando esté concluido el gaseoducto Sur Peruano lo hará con el Gas de Camisea.. Formará parte, conjuntamente con la central térmica de Ilo, del denominado Nodo Energético del Sur. Estará unida al sistema interconectado nacional a través de una línea de transmisión a 500 Kilovoltios (Kv).. 1.

(15) Figura Nº 1.1. CENTRAL TERMOELÉCTRICA “PUERTO BRAVO. 1.2. CÓDIGOS APLICABLES. 1.2.1. API 1104. Este estándar cubre las soldaduras por arco y gas de uniones a tope, filete y socket de tuberías de acero al carbono y de baja aleación utilizadas en la compresión, bombeo y transporte de petróleo crudo, productos del petróleo, gases combustibles, dióxido de carbono, nitrógeno y donde sea aplicable, cubre soldaduras en sistemas de distribución. Es aplicable tanto para construcciones nuevas como aquellas que se encuentran en servicio. La soldadura puede ser hecha por SMAW, SAW, GTAW, GMAW, FCAW, soldadura por arco plasma, soldadura oxiacetilénica o soldadura por chisporroteo o una combinación de estos procesos usando una técnica de soldadura manual, semiautomática, mecanizada o automática, o una combinación de estas. 2.

(16) técnicas. Las soldaduras pueden ser producidas en posición o mediante rotación o a través de una combinación de éstas.. Este estándar también cubre los procedimientos para ensayos de radiografía, partículas magnéticas, líquidos penetrantes y ultrasonido, así como los estándares de aceptación a ser aplicados en la producción de soldaduras ensayadas destructivamente o inspeccionadas por los métodos de radiografía, partículas magnéticas, líquidos penetrantes, ultrasonido e inspección visual.. 1.2.2. ASME B31.4. Este Código establece los requisitos para el diseño, los materiales, la construcción, el ensamblaje, la inspección y las pruebas para el transporte de líquidos por tubería (oleoductos) tales como petróleo crudo, condensado, gasolina natural, líquidos de gas natural, gas licuado de petróleo, dióxido de carbono, alcohol líquido, anhídrido de amoniaco, liquido del petróleo entre las instalaciones de los campos de producción, patios de tanques, plantas de procesamiento de gas natural, refinerías, estaciones, plantas de amoniaco, terminales (marinos, ferroviarios y de automotores) y otros puntos de entrega y recibo.. El oleoducto consiste en la tubería, bridas, pernos, empaques, válvulas, dispositivos de alivio de presión, accesorios y las partes que resisten presión de otros componentes de tubería.. También incluyen apoyos y colgadores y otros elementos del equipo necesarios para prevenir los sobre esfuerzos en las partes que están resistiendo presión.. También está incluido dentro del alcance de este código lo siguiente:. a) Las tuberías primarias y auxiliares asociadas a líquidos del petróleo y anhídrido de amonio liquido como terminales marítimos, ferroviarios o de automotores, patios de tanques, estaciones de bombeo, estaciones. 3.

(17) de reducción de presión, estaciones de medida, incluidos los raspadores, las trampas, los colgadores y los rizos de prueba. b) Los Tanques de trabajo y de almacenamiento, incluidos los fabricados con tubería y sus accesorios, así como las tuberías que conectan este tipo de instalaciones. c) Las líneas para transporte de petróleo líquido y amoniaco anhídrido que han sido separadas de los sistemas de tubería dentro de las refinerías, las de gasolina natural, las de procesamiento de gas, las de amoniaco y las de las plantas de productos en bruto. d) Los aspectos de operaciones y mantenimiento de sistemas de transporte de líquidos relacionados con la seguridad y la protección del público en general o el personal de las compañías operadoras, el medio ambiente, las instalaciones y los sistemas de tuberías (oleoductos). 1.3. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS. Se denomina ensayo no destructivo (también llamado END, o en inglés NDT de non destructive testing) a cualquier tipo de prueba practicada a un material que no altere de forma permanente sus propiedades físicas; químicas, mecánicas o dimensionales. Los ensayos no destructivos implican un daño imperceptible o nulo. Se denomina así a toda prueba que se realice sobre un material sin afectarlo metalúrgicamente no mecánicamente, se realizan con el fin de determinar el estado geométrico, mecánico o químico de la pieza para verificar si cumple con las reglas de aplicación que correspondan, ejemplo de ellos son:. Radiografiado de cordones de soldadura (rayos x), tintes penetrantes, partículas magnéticas, medición de espesores por medios ultrasónicos.. El propósito de estos ensayos es detectar discontinuidades superficiales e internas en materiales, soldaduras, componentes y partes fabricadas.. Los métodos de END, permiten el control del 100% de una producción y pueden obtener información de todo el volumen de una pieza, con lo que contribuyen a mantener un nivel de calidad uniforme, con la consiguiente conservación y aseguramiento de la calidad funcional de los sistemas y elementos. Además,. 4.

(18) colaboran en prevenir accidentes, ya que se aplican en mantenimiento y en vigilancia de los sistemas a lo largo del servicio. Por otra parte, proporcionan beneficios económicos directos e indirectos. Beneficios directos, por la disminución de los costos de fabricación, al eliminar en las primeras etapas de fabricación, los productos que serían rechazados en la inspección final, y el aumento de la productividad, por reducirse el porcentaje de productos rechazados en dicha inspección final. Entre los beneficios indirectos se pueden citar su contribución a la mejora de los diseños, por ejemplo, demostrando la necesidad de realizar un cambio de diseño de molde en zonas críticas de piezas fundidas o también contribuyendo en el control de procesos de fabricación.. 1.3.1. ENSAYOS SUPERFICIALES. Estas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad superficial de los materiales inspeccionados. Los métodos de NDT superficiales son:. 1.3.1.1. INSPECCIÓN VISUAL DE SOLDADURA. Esta es una técnica que requiere de una gran cantidad de información acerca de las características de la pieza a ser examinada, para una aceptada interpretación de las posibles indicaciones. Esta ampliamente demostrado que cuando se aplica correctamente como inspección preventiva, detecta problemas que pudieran ser mayores en los pasos subsecuentes de producción o durante el servicio de la pieza.. 1.3.1.2. ENSAYO DE LÍQUIDOS PENETRANTES. La inspección por líquidos penetrantes es un tipo de ensayo no destructivo que se utiliza para detectar e identificar discontinuidades presentes en la superficie de los materiales examinados.. Generalmente se emplea en aleaciones no ferrosas, aunque también se puede utilizar para la inspección de materiales ferrosos cuando la inspección por partículas magnéticas es difícil de aplicar. En algunos casos se puede utilizar en materiales no metálicos. El procedimiento consiste en aplicar un líquido coloreado o fluorescente a la superficie en. 5.

(19) estudio, el cual penetra en cualquier discontinuidad que pudiera existir debido al fenómeno de capilaridad. Después de un determinado tiempo se remueve el exceso de líquido y se aplica un revelador, el cual absorbe el líquido que ha penetrado en las discontinuidades y sobre la capa del revelador se delinea el contorno de éstas.. Las aplicaciones de esta técnica son amplias, y van desde la inspección de piezas críticas como son los componentes aeronáuticos hasta los cerámicos como las vajillas de uso doméstico. Se pueden inspeccionar materiales. metálicos,. cerámicos. vidriados,. plásticos,. porcelanas,. recubrimientos electroquímicos, entre otros. Una de las desventajas que presenta este método es que sólo es aplicable a defectos superficiales y a materiales no porosos. 1.3.1.3. ENSAYO DE PARTÍCULAS MAGNÉTICAS. La prueba de partículas magnéticas es un método de prueba no destructivo para la detección de imperfecciones sobre o justamente debajo de la superficie de metales ferrosos, también se puede aplicar en soldaduras. Es una técnica rápida y confiable para detección y localización de grietas superficiales.. Un flujo magnético es enviado a través del material y en el lugar de la imperfección se forma un campo de fuga que atrae el polvo de hierro que se rosea sobre la superficie, así la longitud de la imperfección puede ser determinada de forma muy confiable. Criterios de aceptación definen si la indicación es o no aceptable, es decir si se trata de un defecto o no.. Es. un. tipo. de. ensayo. no. destructivo. que. permite. detectar. discontinuidades superficiales y sub-superficiales en materiales ferromagnéticos.. Se selecciona usualmente cuando se requiere una inspección más rápida con los líquidos penetrantes.. 6.

(20) 1.3.2. ENSAYOS VOLUMÉTRICOS. Estas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad interna de los materiales inspeccionados. Los métodos de NDT volumétricos son: 1.3.2.1.. ENSAYO RADIOGRÁFICO. La inspección por radiografía (rayos X), es un método de inspección no destructiva que consiste en la absorción diferenciada de radiación penetrante por la pieza que está siendo inspeccionada. Esa variación en la cantidad de radiación absorbida, detectada mediante un medio, nos indicará, entre otras cosas, la existencia de una falla interna o defecto en el material. La radiografía industrial es entonces usada para detectar variaciones de una región de un determinado material que presenta una diferencia en espesor o densidad comparada con una región vecina (es un método capaz de detectar con buena sensibilidad defectos volumétricos).. Se trata de una radiación electromagnética penetrante, con una longitud de onda menor que la luz visible, que produce un bombardeo en un blanco generalmente de wolframio, con electrones de alta velocidad.. Los rayos X fueron descubiertos de forma accidental en 1895 por el físico alemán Wilhelm Conrad Roentgen mientras estudiaba los rayos catódicos en un tubo de descarga gaseosa de alto voltaje. A pesar de que el tubo estaba dentro de una caja de cartón negro, Roentgen vio que una pantalla de platino- cianuro de bario, que casualmente estaba cerca, emitía luz fluorescente siempre que funcionaba el tubo.. Tras realizar experimentos adicionales, determinó que la fluorescencia se debía a una radiación invisible más penetrante que la radiación ultravioleta. Roentgen llamó a los rayos invisibles "rayos X" por su naturaleza desconocida.. Posteriormente, los rayos X fueron también denominados rayos Roentgen en su honor.. 7.

(21) Son radiaciones electromagnéticas que se propagan a la velocidad de la luz (300.000 km s-1), aunque tienen menor longitud de onda, mayor energía y más penetración. Estos rayos no sufren desviación alguna por efecto de campos magnéticos o eléctricos (no son partículas cargadas, ni sus espines están orientados); se propagan por tanto en línea recta, excitan la fosforescencia e impresionan placas fotográficas. Atraviesan los cuerpos opacos sin reflejarse ni refractarse, siendo absorbidos en mayor o menor grado según el espesor y la densidad del material, y la longitud de onda de la radiación. Alcanzan así a impresionar una película o placa fotográfica, situada en el lado opuesto del material.. Los defectos de los materiales como grietas, bolsas, inclusiones, etc., de distintas densidades, absorben las radiaciones en distinta proporción que el material base, de forma que estas diferencias generan detalles de contraste claro-oscuro en la placa fotográfica colocada detrás de la pieza. Esto es lo que permite identificar defectos en la inspección de una soldadura por radiografía. Para facilitar la labor se usan colecciones de radiografías patrón, en las cuales los defectos están claramente identificados para unas condiciones dadas de tipo de material y tipo de soldadura. 1.3.2.2. ENSAYO DE ULTRASONIDO. La inspección por ultrasonido se define como un procedimiento de inspección no destructivo de tipo mecánico y su funcionamiento se basa en la impedancia acústica, la que se manifiesta como el producto de la velocidad máxima de propagación del sonido entre la[E1] densidad del material.. Cuando se inventó este procedimiento, se medía la disminución de intensidad de energía acústica cuando se hacían viajar ondas supersónicas en n material, requiriéndose el empleo de un emisor y un receptor.. Actualmente se utiliza un único aparato que funciona como emisor y receptor, basándose en la propiedad característica del sonido de. 8.

(22) reflejarse al alcanzar una interface acústica. Los equipos de ultrasonido que. se. utilizan. actualmente. permiten. detectar. discontinuidades. superficiales, sub-superficiales e internas, dependiendo del tipo de palpado utilizado y de las frecuencias que se seleccionen dentro de un rango que va desde 0.25 hasta 25 MHz. Las ondas ultrasónicas son generadas por un cristal o un cerámico piezoeléctrico denominado transductor y que tiene la propiedad de transformar la energía eléctrica en energía mecánica y viceversa. Al ser excitado eléctricamente el transductor vibra a altas frecuencias generando ultrasonido. Las vibraciones generadas son recibidas por el material que se va a inspeccionar, y durante el trayecto la intensidad de la energía sónica se atenúa proporcionalmente a la distancia del recorrido. Al alcanzar la frontera del material, el haz sónico es reflejado, y se recibe el eco por otro (o el mismo) transductor. Su señal es filtrada e incrementada para ser enviada a un osciloscopio de rayos catódicos.. 1.3.3. ENSAYOS DE HERMETICIDAD. Estas pruebas proporcionan información del grado en que pueden ser contenidos los fluidos en recipientes, sin que escapen a la atmósfera o queden fuera de control. Uno de estos métodos de NDT de hermeticidad es: 1.3.3.1.. PRUEBAS POR CAMBIO DE PRESIÓN (HIDROSTÁTICA O NEUMÁTICA). Es la aplicación de una presión a líneas de tuberías fuera de operación, con el fin de verificar la hermeticidad de los accesorios brindados y la soldadura, utilizando como elemento principal el agua o en su defecto un fluido no corrosivo, o el aire comprimido. Todo equipo nuevo debe ser sometido a una prueba de presión ya sea hidrostática o neumática. a). Pruebas Hidrostáticas. La prueba hidrostática es una prueba no destructiva mediante el cual se verifica la integridad física de una tubería o sistema en donde el agua es. 9.

(23) bombeada a una presión más alta que la presión de operación y se mantiene a esa presión por un tiempo establecido previamente el cual varía según la longitud del tramo a probar. La prueba hidrostática también aplica cuando se reemplaza o se reparan líneas existentes, nos permite: . Determinar la calidad de la ejecución del trabajo de fabricación o reparación de la línea o equipo.. . Comprobar las condiciones de operación para garantizar la seguridad tanto de las personas como de las instalaciones.. . Detectar fugas.. . Verificar la resistencia mecánica.. . Probar la hermeticidad de los accesorios.. La presión utilizada en la prueba de presión hidrostática es siempre considerablemente mayor que la presión de trabajo para dar al cliente un margen de seguridad. Normalmente, la prueba se realiza en un 150 por ciento del diseño o la presión de trabajo. Por ejemplo, si una tubería fue calificada con una presión de trabajo de 2000 PSI, que se pondrá a prueba a 3000 PSI.. El agua es el medio de prueba más utilizada porque es menos caro que el aceite y un juego más fácil hasta que el aire, por lo que el costo de las pruebas es menor.. Todas las pruebas de presión hidrostática se realiza N de acuerdo a los requerimientos del cliente y / o especificaciones de la industria.. b) Pruebas Neumáticas. La prueba neumática es un procedimiento que utiliza la presión del aire para testear las tuberías de fuga. Este método no solo sirve para identificar fugas, sino también para limpiar y secar el sistema de tuberías, permitiendo que la tubería quede lista al final del testeo. La prueba neumática se utiliza cuando otros métodos no son factibles; por ejemplo, en caso de congelamiento el testeo con agua se ve imposibilitado.. 10.

(24) 1.4. IMPERFECCIONES. 1.4.1. FISURAS. Es una imperfección de tipo fractura, caracterizada por tener extremos afilados y un alto ratio de longitud y ancho.. Pueden. ser. paralelas. al. cordón. de. soldadura,. denominándose. longitudinales o pueden ser perpendiculares a este, denominándose transversales. También pueden aparecer en grupo en forma de estrella.. Existen dos tipos de Fisuras: . Fisuras en caliente: Se producen durante la solidificación de la junta. Las causas principales de este defecto en acero al carbono no aleados o de baja aleación son: . Medio o alto contenido de carbono en el metal base.. . Alto porcentaje de impurezas P y S en el metal base.. . Elevadas tensiones de contracción (depende de la mayor o menor plasticidad del material de la junta).. Las fisuras en caliente se pueden manifestar en todos los materiales metálicos, ferrosos y no ferrosos.. Ya que normalmente emergen hasta la superficie se pueden detectar por inspección visual (VT), partículas magnéticas (MT) y líquidos penetrantes (PT). . Fisuras en frío: Se forman cuando el material se acerca o alcanza la temperatura ambiente:  Se debe principalmente al elevado contenido de hidrógeno en la zona fundida.  Elevada velocidad de enfriamiento.  Tensiones producidas sobre el cordón por el enfriamiento. 11.

(25) . En soldaduras de aceros dulces y aquellos de baja aleación con manganeso y micro aleados.. Existe la posibilidad de que emerjan a la superficie. Pero también pueden establecerse debajo de la superficie haciendo necesario el uso de radiografía (RT) o ultrasonido (UT).. Figura Nº 1.2. Fisuras. 12.

(26) 1.4.2. FALTA DE FUSIÓN. Es una imperfección en la que no ocurrió fusión entre el metal de soldadura y las caras de fusión o cordones adyacentes.. Ocurre cuando el metal de soldadura fluye sobre metales base o cordones adyacentes no fundidos.. Este es un defecto muy peligroso y por tanto normalmente no es aceptado, cuando se acepta sus dimensiones serán muy pequeñas.. Las causas más probables son:. -. Arco demasiado largo.. -. Intensidad Baja.. -. Excesiva velocidad de avance.. -. Defectuosa preparación de bordes, por ejemplo, bisel con Angulo muy pequeño, una separación muy pequeña entre las chapas a unir o existencias de una desalineación entre pieza.. -. Posición del electrodo incorrecto.. -. Realizar empalmes defectuosos.. Dependiendo de la geometría de la pieza a soldarse se puede detectar a través de Inspección Visual (VT), radiografía (RT) y ultrasonido (UT).. 13.

(27) Figura Nº 1.3. Falta de Fusión. 1.4.3. FALTA DE PENETRACIÓN. Condición de la raíz de la junta, en una unión de bisel en la cual el metal de soldadura no se extiende a través de todo el espesor de la junta.. Como en las uniones en U o en V son visibles por la cara posterior. A menudo la raíz de la soldadura no quedará adecuadamente rellena con metal dejando un vacío que aparecerá en la radiografía como una línea negra oscura firmemente marcada, gruesa y negra, continua o intermitente reemplazando el cordón de la primera pasada.. Las causas más probables son:. -. Separación excesivamente pequeña de la raíz, a un electrodo demasiado grueso. -. Corriente de soldadura insuficiente, a una velocidad excesiva de pasada, penetración incorrecta en la ranura. Este defecto por lo. 14.

(28) general no es aceptable y requiere la eliminación del cordón de soldadura anterior y repetición del proceso.. Dependiendo de la geometría de la pieza a soldarse se puede detectar a través de Inspección Visual (VT), radiografía (RT) y ultrasonido (UT).. Figura Nº 1.4. Falta de Penetración. 1.4.4. INCLUSIONES SÓLIDAS. Material solido atrapado en el charco de soldadura y que permanece dentro del metal de soldadura solidificado en el momento de la examinación.. Existen inclusiones de óxidos, metálicas y de escoria.. Las causas más probables son:. -. Soldeo con intensidad muy baja en el caso de inclusiones de escoria o con intensidad demasiada alta para el caso de inclusiones de wolframio en el soldeo TIG.. -. Contaminación del baño de fusión o de la varilla por contacto con el electrodo de wolframio.. -. Falta de limpieza de la escoria, sobre todo al realizar soldaduras de varias pasadas.. 15.

(29) -. Inclinación incorrecta del electrodo o inadecuado balanceo de este.. -. Arco demasiado largo.. -. Protección deficiente del baño de soldadura, que favorece la aparición de óxidos.. Figura Nº 1.5. Inclusiones Sólidas. 1.4.5. INCLUSIONES GASEOSAS. Imperfecciones de tipo cavidad formada por atrapamiento de gas durante la solidificación.. Por diversas razones, en el metal de soldadura fundido se forman gases que pueden quedar atrapados si no hay tiempo suficiente para que escapen antes de la solidificación de la soldadura. El gas así atrapado, por lo general tiene la forma de agujeros redondos denominados porosidades esféricas, o de forma alargada llamada porosidad tubular o vermicular.. 16.

(30) La formación del gas puede ser formado por reacciones químicas durante la soldadura con alto contenido de azufre en la plancha y/o en el electrodo, humedad excesiva en el electrodo en los bordes de la plancha base, el arco excesivamente corto, corriente incorrecta o polaridad inversa, corrientes de aire, limpieza prematura de la escoria al terminar una pasada, pues, no hay que olvidar que la escoria evita el enfriamiento demasiado rápido del metal fundido.. Las causas más probables son:. -. Falta de limpieza en los bordes de la unión, presencia de óxidos, pintura o grasa.. -. Intensidad excesiva.. -. Revestimiento húmedo, emplear electrodos mal conservados, húmedos u oxidados.. -. Empleo de electrodos con el extremo desprovisto de recubrimiento.. -. Condiciones atmosféricas desfavorables; excesivo viento.. -. Equipo de soldeo en mal estado.. -. Gas de protección inadecuado o insuficiente.. Figura Nº 1.6. Inclusiones Gaseosas. 17.

(31) 1.4.6. QUEMÓN. Es una zona de la pasada de raíz donde la penetración excesiva ha causado que el aporte de la soldadura penetre dentro de la misma.. Resulta de factores que producen excesivo calor en un área determinada, tales como: excesiva corriente, velocidad lenta del electrodo, manejo incorrecto del electrodo.. Hay destrucción completa de los biseles.. La imagen radiográfica muestra una densidad localizada más oscura con los bordes borrosos en el centro del ancho de la imagen. Puede ser más ancha que la imagen del cordón de raíz.. Figura Nº 1.7. Quemón. 1.4.7. DISCONTINUIDADES DE FORMA. 1.4.7.1. MORDEDURAS. La mordedura es una ranura fundida en el metal base, adyacente a la raíz de una soldadura o a la sobre monta, que no ha sido llenada por el metal de soldadura.. Este defecto es tanto más grave cuanto mayor es su profundidad.. 18.

(32) Las causas más probables son: o. Electrodo demasiado grueso.. o. Excesiva intensidad de soldeo.. o. Posición incorrecta del electrodo.. o. Velocidad de desplazamiento elevada y falta de retención en los extremos.. Figura Nº 1.8. Mordeduras. 19.

(33) 1.4.7.2. SOLAPAMIENTO. Exceso de metal depositado que rebosa sobre la superficie del metal base sin fundirse con él.. Figura Nº 1.9. Solapamiento. 1.4.7.3. SOBREESPESOR. Es un exceso de metal depósito en las pasadas finales.. Las causas más probables son: o. Poca velocidad de soldeo.. o. Poca separación entre las chapas a unir a tope.. El sobreespesor podrá ser mayor cuanto más grande sea el ancho del cordón.. Figura Nº 1.10. Sobre-espesor. 20.

(34) 1.4.7.4. EXCESO DE PENETRACIÓN. Se produce por efecto de un movimiento que causa la penetración del electrodo dentro de los biseles, los cuales son distribuidos en esas áreas. Esto causa que el material se chorree al interior y pueda o no retener escoria. Esta imperfección puede producir en las soldaduras de los gasoductos, desgaste por erosión. La imagen radiográfica da una densidad más clara en el centro del ancho de la imagen, ya sea extendida a lo largo de la soldadura o en gotas circulares aisladas, pudiendo presentar en su interior una mancha deforme negra.. Las causas más probables son: o. Separación excesiva de los bordes.. o. Intensidad demasiado elevada, al depositar el cordón de raíz.. o. Velocidad muy baja de soldeo.. o. Diseño de unión defectuoso con preparación incorrecta del talón.. Figura Nº 1.11. Exceso de Penetración. 21.

(35) 1.4.7.5. SOCAVACIÓN. La socavación es una condición en la cual la cara de la soldadura o superficie de la raíz de una soldadura a tope se extiende debajo de la superficie adyacente del metal base.. Presenta una disminución de refuerzo externo, por poco depósito de material de aporte en el relleno del cordón. La imagen radiográfica muestra una densidad de la soldadura más oscura que la densidad de las piezas a soldarse, la cual se extiende a través del ancho completo de la imagen.. Figura Nº 1.12. Socavación. 22.

(36) CAPITULO II. PRUEBAS EXPERIMENTALES. 2.1. ASPECTOS ANALÍTICOS. 2.1.1. EQUIPOS Y MATERIALES. Todo proceso de soldadura cuenta con variables esenciales, cuyo conocimiento es de utilidad para obtener resultados de calidad.. A continuación, se detallan las variables que gobernaran este proceso: 2.1.1.1. Fuente de Poder. Es una fuente de alimentación de corriente eléctrica la cual permite mantener el arco durante la soldadura.. Para este servicio se harán uso 07 máquinas de soldar tipo inversoras, como se detallan a continuación:. 23.

(37) Tabla Nº 1. Lista de Máquinas de Soldar N° MAQUINA DE SOLDAR. MARCA. MODELO. N° SERIE. 1. MILLER. XMT 350 VS. MC340127U. 2. MILLER. XMT 350 VS. MC030429A. 3. MILLER. XMT 350 VS. MC230176U. 4. MILLER. XMT 350 VS. MC300223U. 5. MILLER. XMT 425 VS. MF144192U. 6. MILLER. XMT 425 VS. MF144194U. 7. MILLER. XMT 425 VS. MF144198U. 2.1.1.2. Proceso de Soldadura. El proceso seleccionado para el soldeo de las tuberías será por arco eléctrico manual con electrodo revestido (SMAW). 2.1.1.3. Material Base. El Material Base que será usado para la construcción de este sistema de tuberías tendrá las siguientes especificaciones, según la ingeniería entregada por el Cliente:. Tuberías:. -. ASTM A-53 / ASTM A-106 / API 5L. Tabla Nº 2. Análisis Químico de las tuberías ASTM A-53 / ASTM A-106 / API 5L. 24.

(38) Tabla Nº 3 Propiedades Mecánicas de las tuberías ASTM A-53 / ASTM A-106 / API 5L. Accesorios (Tees, Reducciones Concéntricas y Excéntricas, Codos 90° y 45°):. -. ASTM A-234. Tabla Nº 4. Análisis químico de los accesorios ASTM A-234. Tabla Nº 5. Propiedades Mecánicas de los accesorios ASTM A-234. 25.

(39) Bridas:. -. ASTM A-105. Tabla Nº 6. Análisis químico de las bridas ASTM A-105. Tabla Nº 7. Propiedades Mecánicas de las bridas ASTM A-105. Se adjunta en el Anexo “B”, sus certificados de calidad. 2.1.1.4. Diseño de la Junta. El diseño de las juntas para la construcción de este sistema de tuberías tendrá los siguientes criterios para su aceptación:. -. Tipo de Junta: Junta a Tope, Chaflán en V. -. Ángulo Bisel: 30°.. -. Separación en la Raíz: 3 mm. -. Talón Raíz: 3 mm.. 26.

(40) 2.1.1.5. Posición. Se plantea poder utilizar todas las posiciones correspondientes al soldeo de tuberías de juntas a tope, las cuales comprenden 1G, 2G, 5G y 6G.. Figura Nº 2.1. Junta Típica. Las posiciones variaran según la ubicación exacta donde se realice el cordón de soldadura, ya sea en taller o en campo.. 2.1.1.6. Diámetro y Espesor de Pared. Se considera para este sistema los siguientes diámetros y espesores: Tabla Nº 8. Diámetro y Espesor de Pared TAMAÑO NOMINAL. DIAMETRO EXTERNO. ESPESOR PARED. 10”. 273 mm. 9.27 mm. 12”. 323.9 mm. 10.32 mm. 14”. 355.6 mm. 11.13 mm. Según los criterios de la norma API 1104 estos serán divididos en dos grupos:. 27.

(41) a). Tuberías con diámetros mayores a 4.5” (114,3 mm) pero menor o igual a 12,750” (323.9 mm) y espesores de pared nominal de 0.188” hasta 0.750” (19.1 mm).. b). Tuberías con diámetros mayores a 12.750” (323.9 mm) y espesor de pared nominal mayor a 0.750” (19.1 mm).. La división en los dos grupos será de suma importancia para la elaboración de los procedimientos de soldadura. 2.1.1.7. Metal de Aporte. La elección del metal de aporte está directamente relacionada con el material base a emplear (propiedades mecánicas y composición química).. Para este caso se ha optado por emplear los siguientes electrodos con revestimiento celulósicos: Tabla Nº 9. Metal de Aporte ELECTRODO SEGÚN AWS A 5.5. a). DESCRIPCIÓN. DIAMETRO. Cellocord E 6010. Pase Raíz. 1/8” (3.25 mm). Cellocord E 7010 A-1. Pases de Relleno y Acabado. 5/32” (4.0 mm). Cellocord E6010.. Es un electrodo de penetración profunda, uniforme y de excelente estabilidad de arco. Ideal para pasada de raíz en la soldadura de tuberías, donde la alta velocidad, el control del arco y la rápida solidificación de la escoria son de suma importancia, no requiere ser almacenado bajo horno.. 28.

(42) Tabla Nº 10. Análisis Químico del Cellocord E6010. Tabla Nº 11. Propiedades Mecánicas del Cellocord E6010. b) Cellocord E7010 A-1. Es un excelente electrodo para segunda pasada o pase en caliente “hot pass” en la soldadura de tuberías a presión, ya que la potente acción del arco permite borrar todas las marcas “wagon track” y la escoria del primer pase. También su uso es ideal para las soldaduras en los pases de relleno y acabado de tuberías. Tabla Nº 12. Análisis Químico del Cellocord E7010-A1. Tabla Nº 13. Propiedades Mecánicas del Cellocord E7010-A1. 29.

(43) 2.1.2. VARIABLES QUE CONTROLAN EL PROCESO DE SOLDADURA. 2.1.2.1. Longitud de Arco. La longitud de arco empleado en el pase de raíz fue de 3 mm, mientras que. en. los. pases. de. relleno. y. acabado. fueron. de. 4. mm. aproximadamente.. 2.1.2.2. Ángulo de Contacto. El ángulo de desplazamiento para tanto para el pase raíz, relleno y acabado vario entre 8° y 10°. 2.1.2.3. Velocidad de Avance. La velocidad de avance variara según el número de pases y el tipo de electrodo.. La Tabla N° 14 indica las velocidades promedio por pase:. Tabla Nº 14. Velocidad de Avance Nro PASE. ELECTRODO. VELOCIDAD DE AVANCE. 1. Cellocord E6010, Ø3.25 mm. 40 mm/min – 60 mm/min. 2. Cellocord E7010-A1, Ø4.0 mm. 180 mm/min – 220 mm/min. 3-n. Cellocord E7010-A1, Ø4.0 mm. 180 mm/min – 220 mm/min. 2.1.2.4. Intensidad de Soldeo. Para este proceso de soldadura se hará uso de los siguientes amperajes y polaridades, de acuerdo al pase de soldadura:. 30.

(44) Tabla Nº 15. Intensidad de Soldeo Nro PASE. ELECTRODO. AMPERAJE. POLARIDAD. 1. Cellocord E6010, Ø3.25 mm. 78 – 82 A. Polaridad Directa (EN). 2. Cellocord E7010-A1, Ø4.0 mm. 120 – 140 A. Polaridad Inversa (EP). 3-n. Cellocord E7010-A1, Ø4.0 mm. 110 – 120 A. Polaridad Inversa (EP). 2.2. PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN Y MONTAJE DEL SISTEMA DE TUBERÍA. 2.2.1. PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA SEGÚN NORMA API 1104. La norma API 1104 establece que antes de iniciar cualquier proceso de soldadura se requiere tener la documentación necesaria el cual respalde que bajo ciertos parámetros de soldadura uno pueda obtener como producto final cordones de alta calidad, a continuación, se detalla de que documentos se trata: 2.2.1.1.. ESPECIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA (WPS). Es un documento escrito preparado por un departamento técnico o de ingeniería, en nuestro caso el encargado de realizarlo fue el área técnica de SOLDEXA, los cuales proporcionaron instrucciones precisas al personal que ejecuta (Soldador) y al que inspecciona (Inspector) las soldaduras.. El propósito general de un WPS es definir y documentar todos los detalles que se deben tener en cuenta al soldar materiales.. Este documento cuenta con variables esenciales y no esenciales.. Las variables esenciales son aquellas en las que un cambio en las mismas, durante la ejecución de un procedimiento de soldadura, altera las propiedades de la junta soldada, un cambio en una variable esencial indica un WPS diferente, el mismo que deberá nuevamente ser calificado.. 31.

(45) Las variables no esenciales son aquellas que pueden ser sujetas a cambios en un procedimiento de soldadura sin requerir que el mismo este sujeto a recalificación. Tabla Nº 16. Variables Esenciales y No Esenciales VARIABLES ESENCIALES. VARIABLES NO ESENCIALES. Proceso de Soldadura. Características de la llama. Material Base. Tipo y remoción de Dispositivos de Alineación. Diseño de la junta. Limpieza y/o esmerilado. Posición Diámetro y Espesor de Pared Metal de Aporte Características Eléctricas Tiempo entre Pases Dirección de Soldadura Gas de Protección y caudal de flujo Fundente de Protección Velocidad de Avance Precalentamiento Tratamiento Térmico Post - Soldadura. Teniendo en cuenta todas las variables que gobiernan nuestro proceso de soldadura se generaron dos WPS para los dos grupos de diámetros y espesores que comprende este sistema de tuberías los cuales se adjuntan en el Anexo “C”.. 2.2.1.2.. REGISTRO DE CALIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA (PQR). Es un documento que valida y respalda un WPS, en el cual se registran los valores reales de las variables del procedimiento de soldadura usado para realizar una calificación en una probeta soldada y los valores de los resultados obtenidos de las pruebas y ensayos efectuados a la misma.. Sirve para demostrar la compatibilidad existente de los metales base, los materiales de aporte, los procesos de soldadura y la técnica aplicada.. El WPS depende directamente del PQR 32.

(46) Cada uno de los WPS que se emitieron cuenta con su PQR, tal como se demuestra adjunto en el Anexo “C” 2.2.1.3.. CALIFICACIÓN DE LA PERFORMANCE DEL SOLDADOR (WPQ). El WPQ mide la habilidad de los soldadores para obtener cordones de calidad, es decir que sean capaces de resistir las condiciones de operación.. Así mismo es importante que se le brinde al soldador todos los detalles del WPS, a fin de que tenga claro los parámetros a utilizar. En el anexo “D”, se adjuntó las homologaciones de los soldadores involucrados.. 2.2.2. PREPARACIÓN DE LOS TUBOS PARA EL SOLDEO (MONTAJE). 2.2.2.1.. RECEPCIÓN MATERIALES. El suministro de los materiales es proporcionado por el cliente, bajo su ingeniería de detalle.. Los materiales entregados por el cliente son verificados por el área de calidad de la contratista con el fin de tener evidencia de que los materiales cumplen con las medidas y características descritas en el alcance proporcionado.. 33.

(47) Tales características a verificar son las siguientes: Tabla Nº 17. Características a Inspeccionar CARACTERISTICAS A VERIFICAR Identificación del Material Cantidad Especificación del Material Proveedor Origen Fabricante N° Certificado de Calidad Inspección Visual (Dimensiones, defectos, irregularidades,…) Lugar de Almacenamiento. De darse el caso de que algún material no cumpla con los requisitos mínimos de aceptación, se procederá a informar al cliente sobre la no conformidad y de ser necesario su posterior devolución.. Una vez culminado la verificación de los materiales se procederá a la construcción de la nueva línea. 2.2.2.2.. PREFABRICADOS EN TALLER. No todas las tuberías que formaran parte del nuevo sistema se armaran en el mismo sitio.. Según el plano entregado por el cliente se han seleccionado spools que serán realizados en taller para minimizar y facilitar la carga de trabajo.. Los pasos a seguir para la preparación de los tubos se detallan en el siguiente punto.. 34.

(48) 2.2.2.3.. FABRICACIÓN EN CAMPO. Tanto en el taller como en campo, se seguirá los siguientes criterios de fabricación:. -. Los cortes de los tubos pueden ser hechos por medios mecánicos (máquinas de corte, amoladora angular, etc.) o por oxicorte (corte con llama), para nuestro caso se optó por el corte con equipo Oxicorte.. -. Para el corte con soplete es aceptable sólo si el corte es razonablemente parejo y todos los óxidos y escorias son removidos de la superficie con ayuda de un esmeril. Los residuos serán dispuestos en nuestros cilindros de reciclamiento debidamente codificados, de acuerdo a la política de Seguridad y Medio Ambiente.. -. Luego del corte con soplete, se eliminará mediante esmerilado aproximadamente 2 mm. de material de la superficie del bisel. Los extremos de tubos y accesorios que deban ser soldados a tope estarán de acuerdo con la norma ANSI B16.25. El biselado se realizará con esmeril.. Figura Nº 2.2. Esmerilado de la superficie del bisel.. -. Los chaflanes (biseles) de preparación para la soldadura en los extremos de los tubos se mecanizan teniendo cuidado de no producir entallas o ranuras profundas en el interior.. 35.

(49) Los bordes a soldarse deben quedar lisos y uniformes, libres de escorias y cascarillas antes de ser soldados. -. Previo a la soldadura se presentan las dos piezas a unir (con los extremos ya preparados para la soldadura), apoyadas en soportes estables y a un nivel que facilite el trabajo de alineamiento. Se unen provisionalmente sus extremos por soldadura de apuntalamiento, para poder corregir las desviaciones.. -. Los extremos de tuberías o accesorios a ser soldados a tope deben ser. adecuadamente. alineados,. debiendo. mantenerse. este. alineamiento durante la soldadura. Cuando el desalineamiento interno exceda 1.6 mm, deberá rebajarse la superficie con el mayor espesor con un ángulo máximo de 30º, siempre que esto no resulte en debilitamiento de la tubería. -. La soldadura no está permitida cuando la temperatura del metal sea menor a 5ºC.. -. Las bridas soldadas a tubos se orientan de manera que los ejes de los huecos/pernos no estén alineados con los ejes de centro (horizontal y vertical) y deberán coincidir con la orientación de las bridas de conexión de los equipos.. -. Las tuberías almacenadas se asegurarán con cuñas para evitar rodamiento de las mismas.. 2.2.2.4.. MONTAJE DEL SISTEMA DE TUBERÍAS. -. Se delimitará el área de trabajo con cintas, mallas, conos y letreros.. -. Se verificará que los elementos de izaje se encuentren en buen estado.. -. Se verificará antes de la fijación de los soportes que no haya interferencias ni con equipos ni con otras líneas de tubos, ni con pasajes de mantenimiento; cualquier interferencia de este tipo se reporta al cliente.. -. Todas las herramientas y materiales que se usen en plataformas elevadas de trabajo deben de estar aseguradas ante probables caídas de material.. -. Cuando sea necesario se colocarán soportes temporales como apoyo o elementos colgantes. Para los mismos, se evita en la. 36.

(50) medida de lo posible se suelden a otros elementos y nunca se soldarán a tuberías o equipos. -. Se utilizaron caballetes, trípodes, tecles y fajas tensoras para el armado y apuntalamiento de la tubería de 10” SCH40 y 14” SCH40.. Figura Nº 2.3. Montaje de Tuberías con el uso de tecles y trípode.. -. Para mantener los elementos a unir alineados, se retuvieron en una posición determinada durante la operación de soldadura con puntos de soldadura y acoplamientos temporales (abrazaderas).. -. Los puntos de soldadura utilizados para asegurar el alineamiento se eliminan luego completamente o se preparan para su posterior incorporación a la soldadura.. -. Los diámetros interiores de las tuberías se alinean considerando la tolerancia que indican los fabricantes para diámetros y espesores:. a). Cuando el desalineamiento interno exceda de 1/16" (1.6 mm), se mecaniza la superficie interior de la tubería de la parte más gruesa, de modo que la junta quede dentro de la tolerancia.. b). Cuando el desalineamiento interno no exceda de 1/16" (1.6 mm) se puede soldar sin necesidad de modificar la junta.. -. En caso de existir ovalamiento en los tubos y uno de ellos permita ser girado alrededor de su eje sin alterar la posición final en el. 37.

(51) sistema (es decir, no tiene ramificaciones), se colocan los diámetros mayores de cada uno coincidentes para evitar sobrepasar las tolerancias anteriormente especificadas. -. En uniones embridadas, debe existir un perfecto acoplamiento y coincidencia en los agujeros antes de colocar ningún perno; el contacto entre las caras de las bridas debe ser uniforme. Si las bridas son de material distinto, se coloca un aislamiento entre ellas para prevenir la corrosión y en ese sentido los pernos deben ser también de material compatible con el de las bridas. Antes de ajustar los pernos se revisan las caras de las bridas, las cuales no deben presentar daños superficiales, suciedad o exceso de aceite o grasa.. -. Se usa una secuencia lógica de ajuste de los pernos (en cruz) para asegurar la adecuada compresión de las empaquetaduras, como se indica en ASME/ANSI B16.5.. -. Los accesorios y válvulas se montan de acuerdo a planos e instrucciones de los fabricantes. Antes de montarse, las válvulas son revisadas y comprobadas en su limpieza, estado y funcionamiento.. -. En los lugares donde no existe acceso para usar la grúa, se montará la tubería realizando maniobras con el uso de tecles, polines y soportes.. -. Se ha identificado un tramo en donde se realizará maniobra para el montaje de tubería. Se localiza en el acceso hacia el ferrocarril, a continuación, se describe el montaje:. a). En el sitio, el tramo de tubería que se encuentra en la parte baja del acantilado seguirá una dirección ascendente, es decir de abajo hacia arriba.. b). El tramo de tubería que se encuentra en la parte alta del acantilado buscara encontrarse con la tubería ascendente.. 38.

(52) Figura Nº 2.4. Montaje de Tubería en el acantilado.. -. Se instalarán Soportes de la tubería, se inspeccionan para confirmar su corrección en cuanto a las ubicaciones y niveles indicados en los planos y/o autorizados por el Cliente (replanteo topográfico) y se hace el resane de pintura en los soportes que presenten daños.. 2.2.3. SOLDEO METÁLICO POR ARCO CON ELECTRODO REVESTIDO (SMAW). Sabiendo y teniendo los conocimientos de los criterios para realizar el montaje de las tuberías se procede con el soldeo de cada una de las juntas pertenecientes al nuevo sistema según sea el avance y la zona donde se valla a soldar.. Se tendrá en cuenta la siguiente lista de soldadores, quienes serán los encargados de realizar los cordones de soldadura.. 39.

(53) Tabla Nº 18. Lista de Soldadores ESTAMP. TUBERIA A. APELLIDOS Y NOMBRE. PROCESO. POSICIÓN. Flores Oviedo, Luis. SMAW. 6G. Ø10” y Ø14”. W-02. Gómez Leiva, Luis. SMAW. 6G. Ø14”. W-03. Halanocca Ccolqque, Rafael. SMAW. 6G. Ø14”. W-05. Pimentel Martínez, Edin. SMAW. 6G. Ø14”. W-06. Marín Barriga Eric. SMAW. 6G. Ø10” y Ø14”. A W-01. SOLDAR. 2.2.3.1. PASE RAIZ, MATERIAL DE APORTE: E-6010. Siguiendo las especificaciones del procedimiento de Soldadura se procede a realizar el pase raíz con el material de aporte seleccionado (Cellocord E6010, Ø3.0 mm).. Los soldadores debidamente Homologados bajo este procedimiento serán los encargados de realizar este pase teniendo como referencia los siguientes parámetros:. Tabla Nº 19. Pase de Raíz Nro. Pase. Tipo y Tamaño del Electrodo. Voltaje. 1. E6010, Ø3.0 mm. 28 – 30 V. Amperaje y Polaridad 78 – 82, Polaridad Directa. Velocidad 40 mm/min – 60 mm/min. Una vez concluido con el pase raíz se procede a la limpieza mecánica con el fin de eliminar los filos irregulares y remover las escorias producidas por el arco eléctrico, obteniendo una superficie relativamente lisa y lista para la aplicación de los tintes penetrantes.. Para esta actividad de limpieza se hará uso de una amoladora como se muestra en la imagen.. 40.

(54) Figura Nº 2.5. Pase de Raiz con Cellocord PT E6010, Ø3.0 mm. Figura Nº 2.6. Limpeza de Superfície Empleando Amoladora. Al ser un electrodo con revestimiento tipo celulósico no requiere ser almacenado en un horno térmico.. 41.

(55) 2.2.3.2. PASES DE RELLENO, MATERIAL DE APORTE: E-7010. Una vez concluido con el pase raíz y la inspección por tintes penetrantes se procede a realizar los pases de relleno y acabado con el material de aporte seleccionado (Cellocord 7010-A1, Ø4.0 mm), el número de pases estará en relación con el diámetro / espesor de la junta como se detalla en los siguientes cuadros: a) Para Juntas con diámetro nominal de Ø10” y espesor de 9.27 mm se tiene:. Tabla Nº 20. Pases de Relleno y Acabado Juntas de 10” Nro.. Tipo y Tamaño del. Pase. Eléctrodo. Voltaje. Amperaje y Polaridad 120 – 140,. 2. E7010-A1, Ø4.0 mm. 28 – 32 V. Polaridad Inversa 110 – 120,. 3. E7010-A1, Ø4.0 mm. 28 – 32 V. Polaridad Inversa 110 – 120,. 4. E7010-A1, Ø4.0 mm. 28 – 32 V. Polaridad Inversa 110 – 120,. 5. E7010-A1, Ø4.0 mm. 28 – 32 V. Polaridad Inversa. Velocidad 180 mm/min – 220 mm/min 180 mm/min – 220 mm/min 180 mm/min – 220 mm/min 180 mm/min – 220 mm/min. 42.

Figure

Gráfico Inspección Visual de Soldadura

Gráfico Inspección

Visual de Soldadura p.78
Gráfico Pruebas Radiográficas

Gráfico Pruebas

Radiográficas p.79

Referencias

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