domingo, 28 de octubre de 2007

CONTROL DE PROCESOS DE SOLDADURA EN CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES.

TUBERÍAS INDUSTRIALES


Las tuberías con destinación industrial tienen una muy amplia aplicación, pues es por medio de ellas que se transportan todos lo fluidos (gases, mezclas, líquidos, etc) para optimizar y no limitar los procesos industriales.

Existen tubos con costura y sin costura, la diferencia entre ellos radica en el modo de fabricación.
La exigencia de calidad en los procesos de unión por soldadura no es tan sencilla como aplicar únicamente la norma ISO 9001 y 9002, ya que al tratarse de un proceso especial, la calidad debe estar intrínsecamente ligada a todo el proceso de obtención del producto. Existen ciertos requisitos que deben cumplir todos los elementos que intervienen en la soldadura.




“El Constructor debe identificar y planificar los procesos de fabricación, de instalación y de servicio posventa, que afecten directamente a la calidad, y debe asegurar que estos procesos se llevan a cabo en condiciones controladas .Estas condiciones controladas deben incluir lo siguiente:”





  • Los procedimientos documentados que definen la forma de fabricar los productos, de llevar a cabo la instalación y el servicio posventa, cuando la ausencia de estos procedimientos pudiera tener un efecto adverso sobre la calidad;


  • El uso de equipos adecuados de producción, instalación, servicio posventa y condiciones ambientales de trabajo adecuadas;


  • El cumplimiento de las normas o códigos de referencia, planes de la calidad o procedimientos documentados;


  • La supervisión y el control de los parámetros del proceso adecuados y de las características del producto;


  • Cuando proceda, la aprobación de los procesos y equipos;


  • Los criterios de ejecución de trabajo, que se deben estipular de la manera más clara y práctica posibles (por ejemplo, mediante normas escritas, muestras representativas o dibujos) ;


  • El mantenimiento adecuado de equipos para asegurar la capacidad continua del proceso.”

Soldadura. (Causas de defectos)

DEFINICIÓN DE SOLDADURA.

Proceso mediante el cual se unen elementos, partes o piezas metálicas, usando bien sea el calor o la presión de ambos, con o sin la aplicación de materiales de aporte.

CAUSAS DE DEFECTOS EN LA SOLDADURAS.

  • Materiales defectuosos o mal manejo de los mismos.
  • Equipos de soldadura no calibrados o en mal estado.
  • Contaminación del material a soldar o de los consumibles.
  • Factores ambientales adversos (viento, humedad, salinidad, polvo, etc.)
  • Incumplimiento de los parámetros establecidos en los procedimientos de soldadura o de las recomendaciones del fabricante.
  • Soldadores u operadores de máquinas de soldar no calificados para la realización de la soldadura.
  • Mal diseño de juntas.

Parámetros de control.

  • Establecimiento de los procedimientos de soldaduras (WPS) .
  • Calificación de los soldadores.
  • Control sobre los certificados de calidad de los materiales y los certificados de calibración de equipos e instrumentos de medición y ensayo.
  • Creación de Registros: Base de datos, END, PWHT, Mapas de Soldadura.

Establecimiento de los procedimientos de soldadura (W.P.S. - P.Q.R).Calificación de soldadores.

PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA.

El procedimiento de soldadura o WPS (Welding Procedure Specification) es un documento que provee las directrices para realizar la soldadura con base en los requerimientos del código, proporciona igualmente la información necesaria para orientar al soldador u operador de soldadura y asegurar el cumplimiento de los requerimientos del código. Describe las variables esenciales, no esenciales y cuando se requiera, las variables suplementarias esenciales de cada procedimiento de soldadura. Debe estar firmado por el Inspector de Soldadura. El Código AWS tiene una serie de procedimientos precalificados, por lo cual cuando se va a soldar con base en este código es necesario únicamente cumplir con lo establecido en el código.

El Código ASME sección IX, Estándar para Calificación de Procedimientos de Soldadura, Soldadores y Operadores de Soldadura, da los lineamientos para desarrollar el procedimiento de soldadura.

Diseño de la Junta.
Ver QW-402 del ASME IX, debe indicarse el tipo de junta, las tolerancias dimensionales, material de refuerzo si aplica, y el tipo de material, si es una junta de bisel doble, el material de soldadura se considera refuerzo para el lado posterior.

Metal base.
El punto de la norma que rige el metal base es QW-403, y se refiere a las piezas de metal a unir, ya sea tubo o lámina, pueden ser del mismo tipo o de diferente tipo de material. El código divide los tipos de material en Números P y Grupos .En el WPS debe detallarse como mínimo el Número P, el Grupo, el espesor o rango de espesores, el diámetro si es tubería.

Metal de Aporte.
Ver QW-404 para el Metal de Aporte y QW-409 para las Características Eléctricas. es necesario especificar la clasificación AWS del electrodo, la especificación SFA, el número A ó el análisis químico, en número F, límite de depósito, diámetro, rango de amperaje y rango de voltaje, el tipo de corriente, la polaridad, el modo de transferencia, Tamaño y tipo de la varilla de tungsteno, rango de velocidad del alambre. La información que se suministra depende del proceso de soldadura, ya que hay condiciones que son únicas para cada proceso.

Posición.
Ver QW-405. Especifica la posición en que se calificará el procedimiento, y por ende a los soldadores, especificando si es una junta en filete o a tope, y el sentido de progresión de la soldadura.

Precalentamiento y Temperatura entre Pases.
Se encuentra en QW-406. Esta temperatura está en función del tipo de material, y en el WPS debe especificarse, en caso que se requiera, la temperatura mínima de precalentamiento, la máxima y la mínima temperatura entre pases.

Tratamiento Térmico Post-soldadura.
Ver QW-407. Está en función del material y es necesario describir en el WPS el
rango de temperatura y el tiempo de mantenimiento de la misma. Debe tenerse en cuenta que el tiempo de mantenimiento está en función del espesor.

Gases.
Ver QW-408. Si aplica, debe especificarse el tipo de gas, la mezcla en porcentaje y la rata de flujo de salida.

Técnica.
Ver QW-410. En este punto se debe indicar tipo de limpieza inicial y entre pases, tipo de depósito, tamaño del orificio de salida de gas, tipo de oscilación, método de protección de la raíz, pases por lado, electrodo múltiple o sencillo, rango de velocidad de avance, insertos consumibles.

Variables.
Durante el proceso de soldadura existen variables que se pueden modificar sin afectar la calificación del procedimiento estas se denominan Variables No Esenciales. Las Variables esenciales son aquellas que si se modifican, el procedimiento debe ser recalificado; estas variables están directamente relacionadas con el proceso de soldadura seleccionado y se pueden consultar en QW-250.

CALIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA.
La Calificación del Procedimiento de Soldadura (PQR, Procedure Qualificatión Record) se realiza con base en el WPS y se detallan los rangos de calificación y se anexan los ensayos mecánicos realizados a la muestra, ya sea tensión, doblado, impacto o dureza. En el PQR se debe detallar además el nombre del soldador, su estampa y su número de Identificación, El Inspector Responsable de realizar las Pruebas con su respectiva firma, El Inspector Responsable de Diseñar el WPS, la fecha y el código bajo el cual se califico el procedimiento.
CALIFICACIÓN DEL SOLDADOR.

La calificación del soldador con base en el procedimiento de soldadura (WPS) previamente calificado (PQR) y aprobado.

La calificación del soldador consiste en una prueba de su habilidad para soldar y dependiendo de las necesidades del proyecto, esta prueba se realiza en diferentes posiciones, 1G, 2G, 3G, 4G, 5G o 6G, para soldadura a tope. La posición vertical con la progresión hacia abajo es calificada únicamente para API. La soldadura en filete es calificada según AWS D1.1.

Existen variables esenciales y no esenciales para la calificación del soldador que se encuentran en el código ASME IX Artículo III Welder Performance Qualifications. QW-300. La prueba del soldador deberá estar dirigida por un inspector de soldadura calificado, y toda prueba a ser sometida a los ensayos, ya sean destructivos o no, deberá haber pasado previamente la inspección visual, de acuerdo a los requerimientos de la norma. Una vez el soldador sea probado y el material sea examinado, ya sea por ensayos mecánicos o radiografía, y siempre y cuando los resultados sean satisfactorios, se deberá llenar la planilla de calificación del soldador, indicando principalmente:
- Nombres completos del soldador
- Número de Cédula de Ciudadanía o Pasaporte
- Estampa. Rango de diámetros que cubre esta calificación.
- Rango de espesores
- Posición calificada
- Proceso
- Metal Base (número P)
- Metal de aporte (número F)
- Espesor del metal depositado
- Progresión de soldadura
- WPS y PQR sobre el cual se realizó la calificación.
- Tipo de ensayo que se realizó a la probeta y su resultado
- Fecha de calificación
- Inspector que condujo la prueba
- Aceptación por parte del cliente
Estos registros se deben guardar y la calificación del soldador caducan únicamente si pasa mas de seis meses sin realizar una soldadura para la empresa.

Normas Y Estándares.
Las principales normas que rigen todo lo concerniente a los sistemas de tuberías y su instalación constituyen las bases de muchas leyes relativas a la seguridad. La norma de mayor envergadura en esta aplicación es el Código ASME para calderas y recipientes a presión, el cual en sus secciones I, II, III, VIII, IX y XI define claramente los requerimientos mínimos que consolidad la optima instalación de un sistema. Enfatizando en el planteamiento de tuberías a presión, se encuentran diferentes secciones separadas para este código que enmarcan la implantación de estos sistemas:

Tuberías para Sistemas de Potencia..................................... B31.1
Tuberías para Gases Combustibles...... ................................ B31.2
Tuberías Plantas Químicas y Refinerías de Petróleo................ B31.3
Tuberías para transporte de petróleo líquido......................... B31.4
Tuberías para Refrigeración................................................ B31.5
Tuberías para transmisión y distribución de Gas.................... B31.8
Tuberías para Servicios en Edificios..................................... B31.9
Indudablemente existen muchas otras organizaciones que se han dedicado a resaltar los requerimientos en las instalaciones de tuberías como tal. Entre ellas podemos mencionar El Instituto Americano de Petróleo (API), La Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM), La Asociación Nacional de Protección Contra Incendios (NFPA), El Instituto Nacional Americano de Normas (ANSI), etc.

A cotinuación se señalan algunas de las normas o estándares que son normalmente utilizadas en la industria de la construcción:


  • American National Standards Institute (ANSI).
  • American Society of Mechanical Engineers (ASME) .
  • Instrument Society of America (ISA) .
  • Deutscher Normenausschuss (Comision Alemana de Normas DIN) .
  • American Estándar Association (ASA) .
  • Comisión Venezolana de Normas Industriales (COVENIN).
  • American Petroleum Institute (API) .
  • American Welding Society (AWS).

Factores que influencian la selección del proceso de soldadura.

  • El tipo de material a soldar.
  • Las dimensiones del material, espesor (sht) y forma.
  • La posición de soldadura que debe ser usada.
  • Nivel de calidad requerido.

Control sobre los certificados de calidad y de calibración.

El control de soldadura implica también un riguroso control sobre los materiales y equipos o instrumentes de medición utilizados durante la fabricación industrial. Es necesario la solicitud y resguardo de los certificados de calidad de los materiales suministrados, por ejemplo, de los materiales de aporte (electrodos), pinturas, etc., y los equipos e instrumentos de medición, por ejemplo, máquinas de soldar, equipos para tratamientos térmicos, hornos, etc.).

Creación de registros de soldadura.

Para todo proceso de soldadura debe crearse una historial de cada junta soldada durante la fabricación. Se utiliza por ejemplo la creación de bases de datos indicando los avances de soldadura en función de las especificaciones del material, así como cada uno de los ensayos o pruebas no destructivas y tratamientos térmicos efectuadas sobre el material.

Son utilizados adicionalmente a las bases de datos, todos los documentos que indican las condiciones de cada una de los ensayos, llamados también registros, con las firmas de aceptación correspondientes, así como también mapas de soldadura sobre planos isométricos.

Construcción de mapas de soldadura sobre planos isométricos


PLANOS DE TUBERÍA
Son representaciones gráficas de equipos, tuberías y accesorios de una planta.
La parte correspondiente a tuberías consume la mayor parte del tiempo y esfuerzo de diseño y dibujo de plantas de procesos industriales que conduzcan líquidos, vapores o gases, ya que las tuberías son el eslabón de conexión de un proceso, por lo tanto se les encuentran asociados con casi todos los equipos y estructuras metálicas.

Los dibujos de tubería en planta de proceso muestran las disposición de las líneas dentro de éstas y pueden ser dibujadas como plantas, elevaciones, secciones e isométricos. En cada caso hay algún tipo de dibujo de planta que ilustra la situación de las tuberías en forma esquemática o detallada.

LOS ISOMÉTRICOS
Los planos isométricos son dibujos tridimensionales (separados por ángulos de 120º), hechos sin escala que muestran generalmente las líneas de un equipo a otro, la interconexión, entre tuberías y accesorios de un proceso o parte de este. Deben contener toda la información para la fabricación y el montaje de la tubería. En ellos no debe faltar:

  • La flecha indicando el norte.

  • Las dimensiones y los ángulos.

  • Enúmero de plano de planta donde se encuentra la línea dibujada.

  • El número de la línea, la dirección del flujo, el aislamiento y el traceado.

  • El número de los equipos y su ubicación (coordenadas).

  • El tipo y tamaño de cada válvula.

  • El tamaño, la presión y el número de identificación de instrumentos (tags) de las válvulas de control.

  • La cantidad, identificación y ubicación de cada conexión de instrumentos.

  • Los límites de fabricación en campo y en taller.

  • El número de hoja donde continúa el isométrico.

  • Las uniones que se requieran para instalación y para mantenimiento.

  • La ubicación de venteos, drenajes y trampas de vapor.

  • La localización de los soportes.

  • Los materiales de construcción.

  • La lista de materiales (MTO)

MAPAS DE SOLDADURA.
Los mapas de soldadura no son más que la identificación de las juntas soldadas sobre un plano isométrico. En ellos se estila resaltar:

  • El número asignado a la junta o soldadura.

  • La estampa del soldador.

  • La fecha en que fue realizada la soldadura.

  • Los ensayos no destructivos realizados sobre la junta así como los tratamientos para alivios de tensiones.

domingo, 21 de octubre de 2007

Importancia de los controles de soldadura en construcciones industriales

Cuando se considera los millones de piezas metálicas que se fabrican y ponen en servicio, no es raro que algunas fallen prematuramente. Simplemente, desde el punto de vista estadístico, no es razonable, con la práctica de la ingeniería, "no esperar fallas"; sin embargo, aunque el número de fallas de una componente dada sea pequeño, son importantes porque pueden afectar el prestigio del fabricante en cuanto a confiabilidad. En algunos casos, cuando la falla del fabricante causa lesiones o muerte, origina costosos litigios.

Por ejemplo, en aplicaciones nucleares, las normas de calidad especialmente rigurosas son requeridas para todas las soldaduras. Para poder asegurarse que dicha calidad se alcance, se necesita una documentación más extensiva que para otro trabajo de código y cada soldador necesita recalificarse periódicamente. La documentación en cada soldadura debe estar en un lugar al alcance de todos para verificar la calidad de los materiales y procedimientos de fábrica al punto de servicio.