Soldadura a tope con penetración parcial tubería de acero

[pefipresa]

Buenos días:
Deseo conocer si es posible homologar un procedimiento de soldadura a tope de tubería de acero al carbono (para uso de agua contra incendios), según ASME o norma europea, con penetración parcial.
Si es posible, tengo varias preguntas:
¿Qué número de pasadas son exigibles?
¿Es necesaria alguna preparación especial del bisel?
¿Es necesario definir la penetración mínima en función de la presión?
¿La homologación se puede hacer para un rango de diámetros de tubería o sólo para uno concreto?
¿Qué tecnicas de soldadura pueden aplicarse? ¿Todas?

Muchas gracias

[Charles Vega Schmidt]

Buenos días,

En ningún procedimiento para tuberías sometidas a presión es admisible la penetración parcial, pues es un peligro ya que no se une la sección total del metal base.

Tanto en la Norma Europea EN ISO 15614-1, como en el código ASME IX se exige penetración total, una correcta preparación de bisel y un alto nivel de calidad para la cualificación del procedimiento de soldeo. El rango de cualificación cubre varios diámetros y varios espesores de tubo, eso depende de la aplicación necesaria que se deberá cumplir en la obra. El número de pasadas dependerá del espesor de la tubería y del proceso de soldeo. El proceso más indicado para un alto nivel de calidad es el proceso TIG (141), especialmente para diámetros menores a 100mm, pero si los soldadores son lo suficientemente hábiles, pueden realizar el soldeo con electrodo revestido en tuberías de diámetro mayor a 120mm, siendo recomendable un electrodo básico para la pasada de raíz en vertical ascendente, y las siguientes pasadas con electrodo de rutilo, pero esto requiere mucha destreza del soldador. Otra posibilidad es aplicar el soldeo con electrodos celulósicos, como se realiza el soldeo de tuberías de oleoductos y gasoductos, el proceso es rápido. También se puede aplicar el proceso semiautomático, con alambre macizo AWS ER 70S-6. La pasada de raíz suele ejecutarse en posición descendente.

Todos los proceso de soldeo pueden ser válidos, no hay proceso malo, sino mal seleccionado, inclusive se podría emplear el proceso oxigás (autógena) para el soldeo de reparación, pero todos los procesos de soldeo tienen un rango de aplicación y unos requisitos de parámetros de soldeo, así como una gran destreza del soldador para lograr los resultados esperados. Las chapuzas no existen, sino la ausencia de calidad.

Cordialmente,

[pefipresa]

Muchas gracias por su respuesta. Siguiendo en la línea de nuestras anteriores preguntas queríamos consultarle lo siguiente:

Actualmente tenemos un procedimiento homologado según ASME IX, GTAW+SMAW, estamos pensando en cualificar un procedimiento alternativo, de soldadura a tope con penetración total, usando para la raíz la técnica GMAW (MAG) y para el relleno SMAW, nuestra aplicación sería tubería de acero al carbono, de diámetros entre DN 80 mm y 300 mm destinados a sistemas de protección contra incendios. Nuestra duda es si con este nuevo procedimiento, estaríamos perdiendo calidad en la soldadura y si esta soldadura es lo suficientemente adecuada para esta aplicación. Por otro lado preguntarle si un radiografiado a este tipo de soldadura podría generar un mayor indice de rechazo por defectos en la soldadura.

Gracias de antemano por su respuesta.

Un saludo,

PEFIPRESA

[Charles Vega Schmidt]

Estimado Amigo,

El procedimiento ASME IX con GTAW (141) + SMAW (111) es ideal para tuberías, no lo deberían cambiar. Pero la idea de hacer la raíz con GMAW (135) y el acabado con SMAW (111) tendría que demostrase, pues no es usual ni técnicamente ventajosa. Para las tuberías de diámetro mayor a 150mm podrían intentar solamente con el proceso GMAW (135), pues cubre toda la gama de parámetros desde la transferencia en cortocircuito hasta la transferencia Spray en las fuentes convencionales y mejor aún con las fuentes de arco pulsado. Con una fuente programable tendrían un programa en la memoria con los parámetros ideales para la pasada de raíz y otros programas para las pasadas de relleno y de acabado.

La posibilidad de fallos en radiografías es más factible con el proceso GMAW (135) que con el proceso GTAW (141), debido principalmente a la tendencia a la falta de fusión en este proceso, cuando la junta no está bien preparada o cuando el soldador no tiene suficiente habilidad.

Cordialmente,

[galego]

Podría decirme, Sr Charles, en que sección, párrafo o apartado de ASME IX y de DIN se sustenta la afirmación "Tanto en la Norma Europea EN ISO 15614-1, como en el código ASME IX se exige penetración total" de su respuesta anterior.

[Charles Vega Schmidt]

Señor Galego,

Le agradezco por su pregunta, la que respondo citando los apartados correspondiente de la Normas EN ISO 15614-1; EN ISO 5817 y el código ASME IX.

La Norma EN ISO 15614-1 en el capítulo 7 trata sobre los ensayos para la cualificación del procedimiento de soldeo. En la tabla 1 se aprecia los ensayos necesarios para las uniones a tope con penetración completa, no se mencionan para nada las uniones con penetración parcial. Entre los ensayos aparecen la inspección visual, el ensayo radiográfico o ultrasónico y el de grietas superficiales al 100%. Seguidos de los ensayos de tracción, doblado y macroscópico para aceros con límite elástico menor a 275N/mm2 Aceros del grupo 1.1) o aceros austeníticos (aceros del grupo 8 ) . De acuerdo a esto, una unión a tope con penetración parcial no estaría en condiciones de ser aceptable en estos ensayos, además en el apartado 7,5 la misma Norma EN 15614-1 menciona lo siguiente:

7.5 Niveles de aceptación

Un procedimiento de soldeo queda cualificado si las imperfecciones del cupón de ensayo están dentro de los límites aceptados para el nivel de calidad “B” de la Norma EN ISO 5817, excepto para las siguientes imperfecciones: exceso de sobreespesor, exceso de convexidad, exceso de garganta y exceso de penetración, a las que se debe aplicar el nivel de calidad “C”.

Refiriéndonos a la Norma EN ISO 5817, en la página 22 muestra que la falta de penetración para la clase “B” no es admisible.

Con respecto al código ASME IX, el apartado QW-202.1 menciona a los apartados QW-451 y QW 463 para la extracción y el número de probetas de ensayo para la cualificación del procedimiento de soldeo, entre las que se encuentran las de tracción y de doblado. Luego continúa con el siguiente texto:

Si cualquier probeta requerida en QW-451 falla en cumplir el criterio de aceptación aplicable, el cupón de prueba se considera fallido.

Entonces una unión a tope con penetración incompleta o penetración parcial, no será apta para los ensayos de tracción y de doblado guiado con un ángulo de 180º. Podéis observar las condiciones de estos cupones en las figuras QW-463 (a); QW-463 (b); QW-463 (c); QW-463 (d) y QW-463 (e).

Cordialmente,

[galego]

Sr Vega: es verdad todo lo que dice, pero ... (siempre hay un pero).
1.- ¿No es verdad que las normas están para interpretarlas? ¿No es verdad que las soldaduras de los cupones de ensayo se deben realizar en las mismas condiciones que se van a dar en producción?
2.- Si todo lo indicado en 1 es verdad solo me queda indicarle, bajo la consideración de que en producción tenga la necesidad de realizar soldaduras a penetración parcial, que:
Se pueden realizar todas y cada una de las operaciones que Ud menciona en una soldadura a penetración parcial.
La inspección visual; la inspección por ultrasonidos, que me permitirá conocer si he cumplido con la penetración esperada; la inspección radiográfica que me permitiría (en caso de que fuese necesaria ya que he realizado los ultrasonidos) conocer la ausencia de defectos (aunque lógicamente aparecerá la indicación de la falta de fusión en raíz); la inspección por líquidos la puedo realizar sin ningún problema, etc. En relación con los ensayos mecánicos que considero que serían más fiables, los podré realizar sin ningún problema, unos mecanizando la probeta hasta dejarla en el espesor de la penetración parcial y otros sin necesidad de mecanizarla
En relación con ASME IX le remito a QW202.2 apartado b: Cualificación por soldaduras a penetración parcial
En relación con AWS D1.1 le remito a la sección 4 apartado 4.10 y a la tabla 4.3 Relacionados con el mismo tema
Y, por último y sin ganas de continuar polimizando con éste tema que voy a dar zanjado por mi parte, si en un proyecto se me presenta la necesidad de realizar soldaduras a penetración parcial para las que considere conveniente realizar ensayos los realizaré por mucho que algún código o norma no me lo exija taxativamente y algunos consideren que con una probeta a penetración completa sería suficiente y adecuado.

[rolo]

Podría decirme, Sr Charles, en que sección, párrafo o apartado de ASME IX y de DIN se sustenta la afirmación "Tanto en la Norma Europea EN ISO 15614-1, como en el código ASME IX se exige penetración total" de su respuesta anterior.

ESTIMADO EN EL CASO DEL ASME, EN EL APARTADO DE ENSAYOS DE CALIFICACION DE PROCEDIMIENTOS Y CRITERIO DE ECEPTACION DICE BIEN CLARO QUE EN LAS PROBETAS DE PLEGADO CARA-RAIZ NO PUEDE HABER NINGUNA DISCONTINUIDAD ABIERTA DE MAS DE 3 mm. CON ESTO QUEDA CLARO QUE SI TUBIERAMOS UNA SOLDADURA DE PENETRACION PARCIAL LA PROBETA DE PLEGADO DE RAIZ QUEDARIA CON UNA DISCONTINUIDAD DEL TAMAÑO DEL ANCHO DE DICHA PROBETA Y CON MAYOR SEGURIDAD SE PARTIRIA!! QUEDANDO RECHAZADO DICHO CUPON!!
SALUDOS
Rolando Insp. de Soldaduras Nivel II

[rolo]

Sr Vega: es verdad todo lo que dice, pero ... (siempre hay un pero).
1.- ¿No es verdad que las normas están para interpretarlas? ¿No es verdad que las soldaduras de los cupones de ensayo se deben realizar en las mismas condiciones que se van a dar en producción?
2.- Si todo lo indicado en 1 es verdad solo me queda indicarle, bajo la consideración de que en producción tenga la necesidad de realizar soldaduras a penetración parcial, que:
Se pueden realizar todas y cada una de las operaciones que Ud menciona en una soldadura a penetración parcial.
La inspección visual; la inspección por ultrasonidos, que me permitirá conocer si he cumplido con la penetración esperada; la inspección radiográfica que me permitiría (en caso de que fuese necesaria ya que he realizado los ultrasonidos) conocer la ausencia de defectos (aunque lógicamente aparecerá la indicación de la falta de fusión en raíz); la inspección por líquidos la puedo realizar sin ningún problema, etc. En relación con los ensayos mecánicos que considero que serían más fiables, los podré realizar sin ningún problema, unos mecanizando la probeta hasta dejarla en el espesor de la penetración parcial y otros sin necesidad de mecanizarla
En relación con ASME IX le remito a QW202.2 apartado b: Cualificación por soldaduras a penetración parcial
En relación con AWS D1.1 le remito a la sección 4 apartado 4.10 y a la tabla 4.3 Relacionados con el mismo tema
Y, por último y sin ganas de continuar polimizando con éste tema que voy a dar zanjado por mi parte, si en un proyecto se me presenta la necesidad de realizar soldaduras a penetración parcial para las que considere conveniente realizar ensayos los realizaré por mucho que algún código o norma no me lo exija taxativamente y algunos consideren que con una probeta a penetración completa sería suficiente y adecuado.

Estimado segun tengo entendido, la extencion de los ensayos dependen entre otras cosas a la eficiencia de junta, servicio etc, teniendo esto en cuenta es logico pensar que si el diseñador eligio utilizar una junta de penetracion parcial es pork no estara expuesta a condiciones criticas de servicio y demas, y por supuesto que los ensayos a realizar a este tipo de juntas es limitado,
EJ: es muy dificil encontrarse con una exigencia tal como hacer ultrasonido para conocer la penetracion en un junta de penetracion parcial!!!!!
Conclusion, para una junta de poca exigencia tambien los ensayos se eligen de esta manera.
Saludos
Rolando Insp. Soldaduras Nivel II

[rolo]

PD: nadie nos prohibe utilizar un procedimiento ASME 9 para hacer una soldadura de penetracion parcial. por supuesto que el diseño de junta es tarea del diseñador o ing. soldaduras, si éste cree que en X lugar sin exigencia se puede utilizar este tipo de soldadura podremos utilizar el mismo procedimiento utilizado para penetracion total!. Por supuesto que respetando todas las variables esenciales. (aclaro que este tipo de soldaduras nunca se debe realizar en ninguna cañeria que tenga algun tipo de carga)sí es comun utilizarla en soporteria y otros.
Saludos
Rolando Ins.Soldaduras Nivel II

[Charles Vega Schmidt]

Estimado Sr. Rolo,

Agradeciendo su valiosa aportación a este foro, recalco que, efectivamente, nadie prohíbe el soldeo con penetración parcial, es nuestro propio criterio profesional el que interviene para decidir si se realiza penetración parcial o no. La pregunta inicial en este bloque, se refería a la unión con penetración parcial para “tuberías de agua contra incendios”, el caso es que la penetración parcial no asegura la suficiente calidad de las uniones a tope, pues es evidente que los esfuerzos en el material afectarán a la unión soldada por la generación de una entalladura geométrica considerable.

Una de las dificultades que se tiene en el mundo de la soldadura es la falta de información suficiente para la ejecución, entonces se intenta interpretar las normas y los códigos, buscando una solución fácil a un problema serio. Personalmente he visto con sorpresa uniones a tope en tuberías de gas, que no tienen ni el 50% de penetración en el metal base. Imagínense las consecuencias de estos errores. Las explosiones por fuga de gas afectan a muchas familias así como a la sociedad entera. En cuanto a las tuberías de agua contra incendios, también se encuentran estos errores, es que los encargados de la ejecución esgrimen el siguiente argumento:

“Esto no tiene nada, es solo una tubería para agua contra incendios, si no hay incendios nunca se va a utilizar”.

Pero cambiando el chip en la materia gris, deberían pensar que estas tuberías tienen sus requisitos de ejecución, los que deben cumplirse para asegurar la calidad de la unión. Lo más importante es que esas tuberías funcionen correctamente en el caso de un incendio, pues durante esos siniestros se acumulan una serie de problemas en muy corto tiempo, si por desgracia la tubería tuviese una fuga o un colapso por una unión de soldadura, el incendio será el vencedor y nuestra irresponsabilidad afectará a las víctimas de este accidente.

Por otra parte, una unión de penetración parcial nunca servirá para cualificar a una unión de penetración completa, por ello también la Norma Europea establece que la unión con soldadura por ambos lados (dos soldaduras de penetración parcial en una unión a tope) no cualifica para el soldeo por un solo lado. Es mejor esforzarse para lograr la unión con penetración completa, pues la inversión económica en los ensayos para la cualificación de un procedimiento de soldeo, ameritan aspirar al nivel que nos permita cubrir los niveles inferiores.

Finalmente, en una de las respuestas se mencionó al capítulo 3 del código AWS D1.1, por las juntas precualificadas de penetración parcial, pero estas juntas tienen sus limitaciones o restricciones, además este código no es aplicable para el soldeo de tuberías a presión, sino el código ASME IX o la Norma EN ISO 15614-1 para la cualificación de los procedimientos de soldeo y la Norma EN 287-1 para la cualificación de los soldadores.

Cordialmente,

[rolo]

Estimado Charles, estoy totalmente de acuerdo con su opinion, de hecho existen normas para cada caso en especial, el inconveniente radica en algunos usuarios que no conocen el alcance de dichos codigos o creen conoserlos demasiado!.
En mi caso personal siempre trato de aconsejar esto:si existe un contrato utilizo la documentacion aplicable (recordemos que existe un codigo para todo tipo de proyecto) Como ultimo recurso, si no existe documentacion utilizo la experiencia y el criterio que uno va juntanto a lo largo de los años! por esto es que aclaro el tema de las soldaduras de penetracion parcial y donde utilizarlas!.
Personalmente tambien he visto todo tipo de cosas y escusas para hacerlas!

Por favor sepan disculpar lo extensas que resultan algunas respuestas, pero la intencion es hacer lo mas claro posible la preocupacion de los usuarios.
Desde muchas gracias.
Atte.
Rolando Insp. de Soldaduras Nivel II
Agentina