Soldadura y Reparaciones Metálicas

En construcción.

Soldadura y Reparaciones Metálicas en el Mantenimiento de Estructuras: Técnicas, Procedimientos y Control de Calidad en Colombia

Selección del Proceso de Soldadura Adecuado: Un Factor Crítico para el Éxito

La selección del proceso de soldadura adecuado es una decisión fundamental en cualquier trabajo de mantenimiento y reparación de estructuras metálicas. El proceso elegido debe ser compatible con el tipo de metal base, el espesor de la pieza, la posición de soldadura, los requisitos de resistencia y las condiciones ambientales. Una selección incorrecta puede resultar en soldaduras defectuosas, baja productividad y mayores costos.

Procesos de Soldadura Comunes

Existe una amplia variedad de procesos de soldadura, cada uno con sus propias ventajas, limitaciones y aplicaciones. Algunos de los procesos más comunes en el mantenimiento de estructuras metálicas son:

Soldadura por arco metálico protegido (SMAW, Shielded Metal Arc Welding): También conocida como soldadura con electrodo revestido, es un proceso versátil y económico, adecuado para una amplia gama de metales y espesores. Es ideal para trabajos en campo, en posiciones difíciles y en condiciones ambientales adversas. Sin embargo, es un proceso relativamente lento y requiere una mayor habilidad del soldador.
Soldadura por arco con gas y tungsteno (GTAW, Gas Tungsten Arc Welding): También conocida como soldadura TIG (Tungsten Inert Gas), es un proceso de alta calidad, adecuado para soldar metales delgados, metales no ferrosos (aluminio, magnesio, cobre) y aceros inoxidables. Produce soldaduras limpias, libres de escoria y con excelente acabado. Sin embargo, es un proceso más lento y requiere una mayor habilidad del soldador que el SMAW.
Soldadura por arco con gas y metal (GMAW, Gas Metal Arc Welding): También conocida como soldadura MIG (Metal Inert Gas) o MAG (Metal Active Gas), es un proceso semiautomático o automático, adecuado para soldar aceros al carbono, aceros inoxidables y aluminio. Es un proceso rápido, productivo y fácil de automatizar. Sin embargo, es menos versátil que el SMAW y no es adecuado para trabajos en campo con fuertes corrientes de aire.
Soldadura por arco con núcleo de fundente (FCAW, Flux-Cored Arc Welding): Es un proceso similar al GMAW, pero utiliza un electrodo tubular relleno de fundente en lugar de un alambre sólido. El fundente protege el arco y el baño de fusión de la contaminación atmosférica, lo que lo hace más adecuado para trabajos en campo y en condiciones ambientales adversas. Es un proceso rápido y productivo, adecuado para soldar aceros al carbono y aceros de baja aleación.
Soldadura por arco sumergido (SAW, Submerged Arc Welding): Es un proceso automático, adecuado para soldar aceros al carbono y aceros de baja aleación en posición plana u horizontal. Utiliza un arco sumergido bajo un lecho de fundente granular, lo que produce soldaduras de alta calidad, con alta tasa de deposición y sin salpicaduras. Sin embargo, es un proceso limitado a posiciones planas u horizontales y requiere equipos más complejos.
Soldadura por resistencia: Proceso que se basa en el calentamiento producido por el paso de corriente eléctrica a travez de la union de las piezas a soldar.

Factores a considerar

Al seleccionar el proceso de soldadura, se deben considerar los siguientes factores:

Tipo de metal base: Aceros al carbono, aceros inoxidables, aluminio, etc.
Espesor de la pieza: Los procesos GTAW y GMAW son más adecuados para metales delgados, mientras que los procesos SMAW, FCAW y SAW son más adecuados para metales gruesos.
Posición de soldadura: Plana, horizontal, vertical, sobrecabeza. El proceso SMAW es el más versátil en cuanto a posiciones de soldadura.
Requisitos de resistencia: Algunos procesos, como el GTAW, producen soldaduras de mayor resistencia que otros.
Condiciones ambientales: El proceso FCAW es más resistente a las corrientes de aire que el GMAW.
Disponibilidad de equipos y personal calificado: Algunos procesos, como el SAW, requieren equipos más complejos y personal más especializado.
Costo: El costo de los equipos, los consumibles y la mano de obra varía entre los diferentes procesos.

Ejemplo para Bogotá

En Bogotá, donde se encuentran numerosas estructuras metálicas, como puentes, edificios y torres de telecomunicaciones, la selección del proceso de soldadura dependerá de la aplicación específica. Por ejemplo, para reparar una grieta en una viga de acero de un puente, se podría utilizar el proceso SMAW debido a su versatilidad y a la posibilidad de trabajar en altura y en posiciones difíciles. Para soldar una baranda de acero inoxidable en un edificio, se podría utilizar el proceso GTAW para obtener una soldadura de alta calidad y con buen acabado estético.

Comparación de procesos de soldadura

Proceso	Ventajas	Desventajas	Aplicaciones
SMAW	Versátil, económico, portátil	Lento, requiere habilidad	Aceros al carbono, aceros inoxidables, reparaciones en campo
GTAW	Alta calidad, sin escoria	Lento, requiere habilidad	Metales delgados, aceros inoxidables, aluminio
GMAW	Rápido, productivo, fácil de automatizar	Menos versátil que SMAW, sensible al viento	Aceros al carbono, aceros inoxidables, aluminio

Cualificación de Soldadores y Procedimientos (WPS, PQR): Garantía de Calidad en la Soldadura

La calidad de la soldadura depende en gran medida de la habilidad del soldador y de la adecuación del procedimiento de soldadura utilizado. Para garantizar que se cumplan los requisitos de calidad, es fundamental que los soldadores estén cualificados y que los procedimientos de soldadura estén debidamente especificados y validados.

Cualificación de Soldadores

La cualificación de soldadores es un proceso que evalúa la habilidad de un soldador para realizar soldaduras de calidad, de acuerdo con un procedimiento de soldadura específico. La cualificación se realiza mediante pruebas prácticas, en las que el soldador debe realizar una soldadura de prueba que luego se somete a ensayos destructivos y no destructivos para verificar su calidad.

Las normas internacionales, como la AWS (American Welding Society) y la ISO, establecen los requisitos para la cualificación de soldadores. En Colombia, el ICONTEC ha adoptado y adaptado estas normas, y existen entidades certificadoras que realizan la cualificación de soldadores de acuerdo con estas normas.

Códigos y Normas Aplicables

AWS D1.1: Código de Soldadura Estructural - Acero.
ASME Sección IX: Calificación de Soldadura y Soldadores.
ISO 9606: Cualificación de soldadores - Soldadura por fusión.
NTC 2195: Soldadura. Calificación de soldadores que sueldan por fusión.

Procedimiento de Soldadura (WPS, Welding Procedure Specification)

Un WPS es un documento que describe en detalle el procedimiento a seguir para realizar una soldadura específica. El WPS debe incluir información sobre:

Proceso de soldadura.
Tipo de metal base.
Espesor de la pieza.
Diseño de la junta.
Material de aporte.
Posición de soldadura.
Precalentamiento (si es necesario).
Parámetros de soldadura (corriente, voltaje, velocidad de avance).
Técnica de soldadura.
Tratamiento térmico post-soldadura (PWHT) (si es necesario).

El WPS debe ser elaborado por un ingeniero de soldadura o un profesional cualificado, y debe basarse en un procedimiento de soldadura calificado (PQR).

Registro de Calificación del Procedimiento (PQR, Procedure Qualification Record)

Un PQR es un documento que registra los resultados de las pruebas realizadas para calificar un procedimiento de soldadura. El PQR debe incluir información sobre:

Los parámetros de soldadura utilizados durante la prueba.
Los resultados de los ensayos destructivos y no destructivos realizados a la soldadura de prueba.
La evaluación de los resultados, indicando si la soldadura cumple o no con los requisitos de calidad.

El PQR sirve como evidencia de que el procedimiento de soldadura descrito en el WPS es capaz de producir soldaduras de calidad.

Importancia de la Cualificación y los Procedimientos

La cualificación de soldadores y el uso de WPS y PQR son fundamentales para:

Garantizar la calidad y la seguridad de las soldaduras.
Cumplir con los requisitos de los códigos y normas aplicables.
Reducir el riesgo de fallas en las estructuras soldadas.
Mejorar la productividad y reducir los costos.

Ejemplo para reparaciones en Bogotá

En Bogotá, para realizar la reparación de una estructura metálica, como un puente o un edificio, es obligatorio que los soldadores estén cualificados de acuerdo con las normas AWS D1.1 o ASME Sección IX, y que se utilicen WPS y PQR que cumplan con los requisitos de estas normas. Esto garantiza que las reparaciones se realicen con la máxima calidad y seguridad, protegiendo la vida de las personas y la integridad de la estructura.

Preparación de Juntas (Biselado, Limpieza): La Base para una Soldadura Exitosa

La preparación de las juntas es un paso crucial en el proceso de soldadura. Una preparación adecuada de las juntas asegura una penetración completa de la soldadura, una buena fusión del metal base y una reducción de los defectos de soldadura. La preparación de las juntas incluye el biselado y la limpieza de las superficies a soldar.

Biselado

El biselado consiste en dar forma a los bordes de las piezas a soldar, creando un chaflán o bisel que facilite la penetración de la soldadura y la formación de una unión fuerte. El tipo de bisel y sus dimensiones dependen del proceso de soldadura, el espesor de la pieza y el tipo de junta.

Tipos de Bisel Comunes

Bisel en V: Es el más común. Se utiliza para soldar piezas de espesor medio y grueso.
Bisel en X: Se utiliza para soldar piezas de gran espesor, ya que permite una mayor penetración de la soldadura.
Bisel en U: Se utiliza para soldar piezas de espesor medio y grueso, y produce soldaduras con menor distorsión que el bisel en V.
Bisel en J: Se utiliza para soldar piezas de espesor medio y grueso, y produce soldaduras con menor distorsión que el bisel en V.
Bisel simple: Se utiliza para soldar piezas delgadas.

Importancia del biselado

Facilita la penetración completa de la soldadura: El bisel crea un espacio para que el metal de aporte penetre hasta la raíz de la junta, asegurando una unión fuerte.
Mejora la fusión del metal base: El bisel aumenta la superficie de contacto entre el metal de aporte y el metal base, mejorando la fusión.
Reduce los defectos de soldadura: El bisel ayuda a prevenir defectos como la falta de penetración, la falta de fusión y la porosidad.

Limpieza

La limpieza de las superficies a soldar es fundamental para eliminar contaminantes como óxido, grasa, aceite, pintura, polvo y otros residuos que puedan afectar la calidad de la soldadura. La limpieza se puede realizar mediante métodos mecánicos (cepillado, esmerilado, chorro abrasivo) o químicos (desengrasantes, decapantes). La elección del método de limpieza depende del tipo de contaminante y del tipo de metal base.

Limpieza antes de la soldadura

Elimina contaminantes: La limpieza elimina óxido, grasa, aceite, pintura y otros contaminantes que pueden causar defectos de soldadura.
Mejora la humectación del metal de aporte: Una superficie limpia permite que el metal de aporte fluya y se adhiera correctamente al metal base.
Reduce la porosidad: La limpieza reduce la formación de porosidad en la soldadura, causada por la presencia de gases o contaminantes.

Pasos para la Preparación de Juntas

Inspección visual de las piezas a soldar para detectar defectos o daños.
Limpieza inicial de las superficies a soldar para remover suciedad y contaminantes gruesos.
Biselado de los bordes de las piezas, si es necesario, de acuerdo con el diseño de la junta y el WPS.
Limpieza final de las superficies a soldar, utilizando métodos mecánicos o químicos, para eliminar óxido, grasa, aceite y otros contaminantes.
Alineación y sujeción de las piezas a soldar, asegurando un ajuste correcto de la junta.

Consideraciones en la preparación

Diseño de la junta: El diseño de la junta debe ser adecuado para el proceso de soldadura, el espesor de la pieza y los requisitos de resistencia.
WPS: La preparación de las juntas debe seguir las especificaciones del WPS.
Inspección: Se debe realizar una inspección visual de las juntas preparadas para verificar que cumplan con los requisitos.

Ejemplo de aplicación en estructuras en Bogotá

En la reparación de una estructura metálica en Bogotá, como una viga de un puente, se debe realizar un biselado en V en los bordes de la grieta a reparar, siguiendo las especificaciones del WPS. Luego, se debe limpiar la superficie con un cepillo de alambre y un desengrasante para eliminar óxido y grasa. Antes de iniciar la soldadura, se debe verificar que la junta esté correctamente biselada y limpia.

Precalentamiento (si es necesario): Controlando la Temperatura para Soldaduras de Calidad

El precalentamiento consiste en calentar el metal base a una temperatura específica antes de iniciar la soldadura. El precalentamiento se realiza para reducir el riesgo de agrietamiento en frío, mejorar la tenacidad de la soldadura y reducir las tensiones residuales. No todos los trabajos de soldadura requieren precalentamiento, pero es crucial en ciertas situaciones.

¿Cuándo es Necesario el Precalentamiento?

Aceros de alta resistencia: Los aceros de alta resistencia son más propensos al agrietamiento en frío, por lo que generalmente requieren precalentamiento.
Aceros de alto carbono: Los aceros con alto contenido de carbono también son más propensos al agrietamiento en frío.
Piezas de gran espesor: Las piezas de gran espesor tienen una mayor capacidad de disipar el calor, lo que puede provocar un enfriamiento rápido de la soldadura y aumentar el riesgo de agrietamiento.
Temperaturas ambiente bajas: Las bajas temperaturas ambiente pueden acelerar el enfriamiento de la soldadura y aumentar el riesgo de agrietamiento.
Soldaduras de alta restricción: Las soldaduras que están sujetas a altas tensiones residuales son más propensas al agrietamiento.

Beneficios del precalentamiento.

Reduce el riesgo de agrietamiento en frío: El precalentamiento disminuye la velocidad de enfriamiento de la soldadura, lo que reduce la formación de microestructuras frágiles y el riesgo de agrietamiento.
Mejora la tenacidad de la soldadura: El precalentamiento puede mejorar la tenacidad de la soldadura, haciéndola más resistente a la propagación de grietas.
Reduce las tensiones residuales: El precalentamiento reduce el gradiente térmico entre la soldadura y el metal base, lo que disminuye las tensiones residuales.
Mejora la microestructura de la zona afectada térmicamente (ZAT): El precalentamiento puede mejorar la microestructura de la ZAT, haciéndola más resistente a la corrosión y a la fatiga.

Temperatura de precalentamiento.

La temperatura de precalentamiento depende del tipo de metal base, el espesor de la pieza, el proceso de soldadura y los requisitos del código o norma aplicable. El WPS debe especificar la temperatura de precalentamiento requerida.

Métodos de precalentamiento

Soplete de gas: Es el método más común. Se utiliza un soplete de gas (oxiacetileno, propano, gas natural) para calentar el metal base.
Resistencias eléctricas: Se utilizan resistencias eléctricas para calentar el metal base. Es un método más controlado que el soplete de gas.
Inducción: Se utiliza un campo magnético para calentar el metal base. Es un método rápido y eficiente, pero requiere equipos especializados.
Hornos: Se utilizan hornos para calentar piezas pequeñas o para precalentar grandes secciones de estructuras.

Control de la Temperatura

Es fundamental controlar la temperatura de precalentamiento para asegurar que se alcance la temperatura requerida y que no se exceda. Se pueden utilizar termopares, pirómetros o crayones térmicos para medir la temperatura del metal base.

Ejecución de la Soldadura: Aplicando la Técnica Correcta

La ejecución de la soldadura es la etapa en la que se aplica el metal de aporte y se crea la unión soldada. Una correcta ejecución de la soldadura es fundamental para obtener una soldadura de calidad, libre de defectos y con las propiedades mecánicas requeridas.

Técnicas de Soldadura

La técnica de soldadura varía según el proceso de soldadura, el tipo de junta, la posición de soldadura y el tipo de metal base. Algunas técnicas comunes incluyen:

Movimiento del electrodo: El movimiento del electrodo (oscilación, zigzag, círculos) influye en la forma del cordón de soldadura, la penetración y la fusión.
Ángulo del electrodo: El ángulo del electrodo con respecto a la pieza influye en la penetración y la forma del cordón.
Longitud del arco: La longitud del arco (distancia entre el electrodo y la pieza) influye en la transferencia del metal de aporte y en la estabilidad del arco.
Velocidad de avance: La velocidad de avance influye en la penetración, la forma del cordón y la cantidad de calor aportado.
Amperaje y Voltaje: Para cada tipo de electrodo o proceso existen tablas de amperaje y voltaje recomendado.

Posiciones de Soldadura

Las posiciones de soldadura se clasifican según la orientación de la junta con respecto al soldador:

Plana (1G/1F): La junta está en posición horizontal y el soldador suelda desde arriba.
Horizontal (2G/2F): La junta está en posición vertical y el soldador suelda horizontalmente.
Vertical (3G/3F): La junta está en posición vertical y el soldador suelda verticalmente (ascendente o descendente).
Sobrecabeza (4G/4F): La junta está en posición horizontal y el soldador suelda desde abajo.
Tubos: Hay posiciones especiales para soldar tubos (5G, 6G, 6GR).

Importancia de la Técnica

Penetración: Una técnica correcta asegura una penetración completa de la soldadura en la junta.
Fusión: Una técnica correcta asegura una buena fusión entre el metal de aporte y el metal base.
Forma del cordón: Una técnica correcta produce un cordón de soldadura con una forma y un tamaño adecuados.
Ausencia de defectos: Una técnica correcta reduce el riesgo de defectos de soldadura, como porosidad, inclusiones de escoria, falta de fusión y socavaciones.

Consideraciones Adicionales

Limpieza entre pasadas: Si se realizan múltiples pasadas de soldadura, es importante limpiar la escoria y los residuos entre cada pasada.
Control de la temperatura entre pasadas: En algunos casos, es necesario controlar la temperatura entre pasadas para evitar el sobrecalentamiento del metal base.
Seguridad: El soldador debe utilizar el equipo de protección personal adecuado (careta, guantes, delantal, mangas) y seguir las normas de seguridad.

Control de Parámetros de Soldadura: Asegurando la Consistencia y la Calidad

El control de los parámetros de soldadura es esencial para obtener soldaduras consistentes y de alta calidad. Los parámetros de soldadura son las variables que se ajustan en el equipo de soldadura y que influyen en el proceso de soldadura. Los parámetros más importantes varían según el proceso de soldadura.

Parámetros Comunes

Corriente de soldadura (amperaje): Es la cantidad de corriente eléctrica que fluye a través del arco. Influye en la penetración, la tasa de deposición y el calor aportado.
Voltaje de soldadura (voltaje): Es la diferencia de potencial eléctrico entre el electrodo y la pieza. Influye en la forma del cordón, la estabilidad del arco y la transferencia del metal de aporte.
Velocidad de avance: Es la velocidad a la que se mueve el electrodo a lo largo de la junta. Influye en la penetración, la forma del cordón y la cantidad de calor aportado.
Tipo de corriente (CA o CC): Algunos procesos de soldadura utilizan corriente alterna (CA) y otros corriente continua (CC). La polaridad de la corriente continua (electrodo positivo o negativo) también influye en el proceso.
Gas de protección (si aplica): En los procesos GMAW y GTAW, el tipo y el caudal del gas de protección influyen en la estabilidad del arco, la penetración, la forma del cordón y la protección del baño de fusión.
Diámetro del electrodo o alambre: El diámetro del electrodo o alambre influye en la corriente de soldadura requerida y en la tasa de deposición.

Importancia del Control

Un control adecuado de los parámetros de soldadura permite:

Obtener una penetración y fusión adecuadas: Los parámetros correctos aseguran que el metal de aporte penetre y se fusione correctamente con el metal base.
Controlar la forma y el tamaño del cordón de soldadura: Los parámetros correctos producen un cordón de soldadura con la forma y el tamaño deseados.
Minimizar los defectos de soldadura: Los parámetros correctos reducen el riesgo de defectos como porosidad, inclusiones de escoria, falta de fusión y socavaciones.
Obtener las propiedades mecánicas requeridas: Los parámetros correctos aseguran que la soldadura tenga la resistencia, tenacidad y ductilidad requeridas.
Repetibilidad: Un control preciso de los parámetros permite obtener soldaduras consistentes y repetibles.

Ajuste de los Parámetros

Los parámetros de soldadura se ajustan en el equipo de soldadura, siguiendo las recomendaciones del fabricante del equipo y del material de aporte, y las especificaciones del WPS. Es importante realizar pruebas de soldadura para ajustar los parámetros y obtener los resultados deseados.

Parámetro	Efecto si es demasiado bajo	Efecto si es demasiado alto
Corriente (A)	Falta de penetración, cordón irregular	Excesiva penetración, socavación, salpicaduras
Voltaje (V)	Arco inestable, cordón estrecho	Cordón ancho y plano, salpicaduras
Velocidad de avance	Excesiva penetración, cordón irregular	Falta de penetración, cordón estrecho

Registro de los Parámetros

Es importante registrar los parámetros de soldadura utilizados durante la ejecución de la soldadura. Esta información se puede registrar en el WPS o en un registro de soldadura separado. El registro de los parámetros permite verificar que la soldadura se realizó de acuerdo con el procedimiento especificado y facilita la trazabilidad en caso de que se presenten problemas.

Inspección Visual de la Soldadura: El Primer Nivel de Control de Calidad

La inspección visual es el método de inspección más básico y fundamental en la soldadura. Se realiza después de cada pasada de soldadura y al finalizar la soldadura, y tiene como objetivo detectar defectos superficiales visibles a simple vista o con la ayuda de una lupa.

¿Qué se Busca en la Inspección Visual?

Forma y tamaño del cordón: El cordón debe tener una forma uniforme, sin irregularidades, ondulaciones o protuberancias excesivas. El tamaño del cordón debe ser el adecuado para el tipo de junta y el espesor de la pieza.
Penetración: Se debe verificar que la soldadura haya penetrado completamente en la junta, sin dejar zonas sin fundir.
Fusión: Se debe verificar que el metal de aporte se haya fusionado correctamente con el metal base, sin dejar zonas sin fundir.
Socavaciones: Las socavaciones son surcos o hendiduras que se forman en el metal base a lo largo de los bordes del cordón. Son causadas por una corriente de soldadura excesiva o una técnica de soldadura incorrecta.
Porosidad: La porosidad son pequeñas cavidades o burbujas de gas atrapadas en la soldadura. Son causadas por la presencia de humedad, contaminantes o una técnica de soldadura incorrecta.
Inclusiones de escoria: Las inclusiones de escoria son partículas de escoria atrapadas en la soldadura. Son causadas por una limpieza inadecuada entre pasadas o una técnica de soldadura incorrecta.
Grietas: Las grietas son discontinuidades lineales en la soldadura o en el metal base. Son causadas por tensiones residuales, enfriamiento rápido o una composición química inadecuada del metal base o del metal de aporte.
Salpicaduras: Las salpicaduras son pequeñas partículas de metal fundido que se adhieren a la superficie del metal base. Son causadas por una corriente de soldadura excesiva, un arco inestable o una técnica de soldadura incorrecta.
Deformaciones: Las deformaciones son cambios en la forma de la pieza soldada, causadas por las tensiones residuales.

Herramientas para la Inspección Visual

Buena iluminación: Es fundamental contar con una buena iluminación para poder observar los detalles de la soldadura.
Lupa: Una lupa puede ayudar a detectar defectos pequeños, como porosidad o grietas finas.
Galga de soldadura: Una galga de soldadura es un instrumento que se utiliza para medir la forma y el tamaño del cordón de soldadura.
Espejo: Un espejo puede ser útil para inspeccionar zonas de difícil acceso.

Importancia de la Inspección Visual

Detecta defectos superficiales: La inspección visual permite detectar defectos que pueden afectar la calidad y la seguridad de la soldadura.
Es rápida y económica: La inspección visual es un método de inspección rápido y económico, que no requiere equipos sofisticados.
Es el primer paso en el control de calidad: La inspección visual es el primer paso en el control de calidad de la soldadura, y puede ayudar a prevenir problemas mayores.
Proporciona retroalimentación al soldador: La inspección visual proporciona retroalimentación al soldador sobre la calidad de su trabajo, lo que le permite corregir su técnica si es necesario.

Limitaciones de la Inspección Visual

La inspección visual tiene algunas limitaciones:

Solo detecta defectos superficiales: La inspección visual no puede detectar defectos internos, como falta de penetración o inclusiones de escoria profundas.
Depende de la habilidad del inspector: La eficacia de la inspección visual depende de la habilidad y la experiencia del inspector.
Puede ser subjetiva: La interpretación de los resultados de la inspección visual puede ser subjetiva, especialmente en el caso de defectos pequeños o ambiguos.

Debido a sus limitaciones, la inspección visual se complementa con otros métodos de inspección, como los ensayos no destructivos (END).

Ensayos No Destructivos (END) de la Soldadura: Detectando Defectos Internos

Los ensayos no destructivos (END) son métodos de inspección que permiten detectar defectos internos y superficiales en la soldadura sin dañar la pieza. Los END son fundamentales para garantizar la calidad y la seguridad de las soldaduras, especialmente en estructuras críticas como puentes, edificios y recipientes a presión.

Tipos de END Comunes

Radiografía industrial (RT): Utiliza rayos X o rayos gamma para obtener una imagen interna de la soldadura. Permite detectar defectos como grietas, porosidad, inclusiones de escoria y falta de penetración.
Ultrasonido industrial (UT): Utiliza ondas ultrasónicas para detectar defectos internos y superficiales en la soldadura. Permite detectar grietas, falta de fusión, inclusiones y laminaciones.
Partículas magnéticas (MT): Utiliza un campo magnético para detectar defectos superficiales y subsuperficiales en materiales ferromagnéticos. Permite detectar grietas, porosidad y falta de fusión.
Líquidos penetrantes (PT): Utiliza un líquido penetrante que se aplica sobre la superficie de la soldadura y luego se revela con un revelador. Permite detectar defectos superficiales abiertos a la superficie, como grietas, porosidad y fisuras.
Inspección visual remota (RVI): Utiliza cámaras y endoscopios para inspeccionar visualmente áreas de difícil acceso.

Ventajas de los END

Detectan defectos internos: Los END permiten detectar defectos que no son visibles a simple vista, como falta de penetración, inclusiones de escoria y grietas internas.
No dañan la pieza: Los END no dañan la pieza soldada, lo que permite su uso en servicio.
Son más sensibles que la inspección visual: Los END pueden detectar defectos más pequeños que la inspección visual.
Proporcionan un registro permanente: Los END, como la radiografía, proporcionan un registro permanente de la inspección.

Limitaciones de los END

Requieren personal calificado: Los END deben ser realizados por personal calificado y certificado, con experiencia en la interpretación de los resultados.
Pueden ser costosos: Los END pueden ser más costosos que la inspección visual, especialmente la radiografía y el ultrasonido.
Algunos END tienen limitaciones en cuanto a los materiales que pueden inspeccionar: Por ejemplo, las partículas magnéticas solo se pueden utilizar en materiales ferromagnéticos.
Pueden requerir preparación de la superficie: Algunos END, como los líquidos penetrantes, requieren una preparación previa de la superficie.

Selección del END Adecuado

La selección del END adecuado depende del tipo de defecto que se busca, el tipo de material, el espesor de la pieza, la geometría de la junta y los requisitos del código o norma aplicable.

Normas para END

Existen normas internacionales, como la ISO y la ASTM, que establecen los requisitos para la realización de los END y la interpretación de los resultados. En Colombia, el ICONTEC ha adoptado y adaptado estas normas.

Ejemplo: END en Bogotá

En la inspección de una soldadura en un puente en Bogotá, se podría utilizar la radiografía industrial para detectar posibles grietas internas en la soldadura, y el ultrasonido para verificar la penetración completa de la soldadura.

Ensayo No Destructivo	Principio	Defectos Detectables	Ventajas	Limitaciones
Radiografía (RT)	Rayos X o gamma	Grietas, porosidad, inclusiones, falta de penetración	Imagen interna, registro permanente	Costoso, requiere protección radiológica, no detecta laminaciones
Ultrasonido (UT)	Ondas ultrasónicas	Grietas, falta de fusión, inclusiones, laminaciones	Detecta defectos internos y superficiales, portátil	Requiere acoplante, interpretación compleja
Partículas magnéticas (MT)	Campo magnético	Grietas superficiales y subsuperficiales	Fácil de aplicar, económico	Solo para materiales ferromagnéticos, no detecta defectos internos profundos
Líquidos penetrantes (PT)	Capilaridad	Grietas superficiales, porosidad	Fácil de aplicar, económico, para cualquier material	Solo detecta defectos abiertos a la superficie, requiere limpieza previa

Tratamientos Térmicos Post-Soldadura (PWHT) (si es necesario): Aliviando Tensiones y Mejorando Propiedades

Los tratamientos térmicos post-soldadura (PWHT, Post-Weld Heat Treatment) son procesos térmicos que se aplican a la soldadura y al metal base después de la soldadura. Los PWHT se realizan para aliviar las tensiones residuales inducidas por la soldadura, mejorar las propiedades mecánicas de la soldadura y reducir el riesgo de agrietamiento en servicio.

Tipos de PWHT

Alivio de tensiones: Es el PWHT más común. Consiste en calentar la soldadura y el metal base a una temperatura inferior a la temperatura crítica inferior (Ac1) del acero, mantener esa temperatura durante un tiempo determinado y luego enfriar lentamente. El alivio de tensiones reduce las tensiones residuales, mejora la tenacidad y la resistencia a la fatiga de la soldadura.
Normalizado: Consiste en calentar el acero a una temperatura superior a la temperatura crítica superior (Ac3), mantener esa temperatura durante un tiempo determinado y luego enfriar al aire. El normalizado refina la microestructura del acero, mejorando su tenacidad y maquinabilidad.
Recocido: Consiste en calentar el acero a una temperatura superior a la temperatura crítica superior (Ac3), mantener esa temperatura durante un tiempo determinado y luego enfriar lentamente en el horno. El recocido ablanda el acero, elimina las tensiones residuales y mejora su ductilidad.
Templado y revenido: El templado consiste en calentar el acero a una temperatura superior a la temperatura crítica superior (Ac3), mantener esa temperatura durante un tiempo determinado y luego enfriar rápidamente en agua, aceite o aire. El templado aumenta la dureza y la resistencia del acero, pero lo hace más frágil. El revenido consiste en calentar el acero templado a una temperatura inferior a la temperatura crítica inferior (Ac1), mantener esa temperatura durante un tiempo determinado y luego enfriar. El revenido reduce la fragilidad del acero templado y mejora su tenacidad.

¿Cuándo es Necesario el PWHT?

La necesidad de PWHT depende de varios factores, incluyendo:

Tipo de metal base: Los aceros de alta resistencia, los aceros de alto carbono y los aceros aleados son más propensos a requerir PWHT.
Espesor de la pieza: Las piezas de gran espesor son más propensas a requerir PWHT debido a las mayores tensiones residuales.
Proceso de soldadura: Algunos procesos de soldadura, como el SAW, pueden inducir mayores tensiones residuales que otros.
Requisitos de servicio: Las estructuras que están sujetas a cargas cíclicas, altas temperaturas o ambientes corrosivos son más propensas a requerir PWHT.
Códigos y normas: Los códigos y normas aplicables, como el ASME Sección VIII, pueden especificar los requisitos de PWHT.

Beneficios del PWHT

Reduce las tensiones residuales: El PWHT alivia las tensiones residuales inducidas por la soldadura, lo que reduce el riesgo de agrietamiento, distorsión y fatiga.
Mejora las propiedades mecánicas: El PWHT puede mejorar la tenacidad, la ductilidad, la resistencia a la fatiga y la resistencia a la corrosión de la soldadura.
Reduce el riesgo de agrietamiento en servicio: El PWHT reduce el riesgo de agrietamiento en servicio, especialmente en ambientes corrosivos o a altas temperaturas.
Cumple con los requisitos de los códigos y normas: El PWHT puede ser un requisito obligatorio según los códigos y normas aplicables.

Control del PWHT

Es fundamental controlar cuidadosamente el PWHT para asegurar que se alcancen los resultados deseados. Se deben controlar la temperatura, el tiempo de permanencia a la temperatura y la velocidad de enfriamiento. Se pueden utilizar termopares, registradores de temperatura y hornos controlados para garantizar un PWHT adecuado.

Ejemplo PWHT

En la fabricación de un recipiente a presión en Bogotá, que debe cumplir con el código ASME Sección VIII, es probable que se requiera un alivio de tensiones después de la soldadura. Este tratamiento térmico se realizará en un horno controlado, siguiendo las especificaciones del código en cuanto a temperatura, tiempo de permanencia y velocidad de enfriamiento.

Reparación de Soldaduras Defectuosas: Corrigiendo Errores y Asegurando la Calidad

A pesar de todos los controles y precauciones, es posible que se presenten defectos en las soldaduras. La reparación de soldaduras defectuosas es un proceso que se realiza para eliminar los defectos y restaurar la integridad de la unión soldada.

Pasos para la Reparación

Identificación del defecto: El primer paso es identificar el tipo y la extensión del defecto, utilizando inspección visual y/o END.
Eliminación del defecto: El defecto se elimina mediante métodos mecánicos, como esmerilado, amolado o maquinado. Es importante eliminar completamente el defecto, incluyendo cualquier zona afectada térmicamente.
Preparación de la junta: La zona reparada se prepara de acuerdo con el WPS original o con un WPS modificado para la reparación. Esto puede incluir biselado y limpieza.
Soldadura de reparación: Se realiza la soldadura de reparación, siguiendo el WPS y utilizando los mismos parámetros de soldadura que en la soldadura original, o los parámetros modificados según el WPS de reparación.
Inspección de la reparación: Se inspecciona la soldadura reparada mediante inspección visual y/o END para verificar que se ha eliminado el defecto y que la reparación cumple con los requisitos de calidad.
PWHT (si es necesario): Si la soldadura original requirió PWHT, la soldadura reparada también debe someterse a PWHT.

Consideraciones Importantes

Causa del defecto: Es fundamental identificar la causa del defecto original para evitar que se repita en la reparación.
WPS de reparación: En algunos casos, puede ser necesario elaborar un WPS específico para la reparación, especialmente si el defecto es extenso o si se requiere un proceso de soldadura diferente.
Calificación del soldador: El soldador que realiza la reparación debe estar calificado para el proceso de soldadura y la posición de soldadura utilizados.
Documentación: Se debe documentar todo el proceso de reparación, incluyendo la identificación del defecto, el método de eliminación, la preparación de la junta, los parámetros de soldadura, los resultados de la inspección y el PWHT (si es necesario).

Ejemplo de reparación.

Si se detecta una grieta en una soldadura de un puente en Bogotá mediante radiografía industrial, se debe eliminar la grieta mediante esmerilado, preparar la junta con un bisel en V, realizar la soldadura de reparación siguiendo un WPS específico, inspeccionar la reparación mediante radiografía y ultrasonido, y realizar un alivio de tensiones si es necesario.

Consideraciones Finales: Documentación y Trazabilidad

Es de suma importancia llevar un registro detallado de cada paso en el proceso de soldadura y reparación. Esto incluye:

WPS y PQR: Mantener archivados los WPS y PQR utilizados.
Calificación de los soldadores: Registrar la calificación de cada soldador, incluyendo el proceso de soldadura, la posición y el tipo de material.
Parámetros de soldadura: Registrar los parámetros de soldadura utilizados en cada junta, incluyendo corriente, voltaje, velocidad de avance y gas de protección.
Inspecciones: Registrar los resultados de todas las inspecciones, incluyendo la inspección visual, los END y el PWHT.
Reparaciones: Documentar todas las reparaciones realizadas, incluyendo la identificación del defecto, el método de eliminación, la preparación de la junta, los parámetros de soldadura, los resultados de la inspección y el PWHT.

Esta documentación es esencial para garantizar la trazabilidad del trabajo, demostrar el cumplimiento de los requisitos de calidad y facilitar la investigación en caso de que se presenten problemas en el futuro. En Colombia, las empresas que realizan trabajos de soldadura en estructuras metálicas deben mantener estos registros y ponerlos a disposición de las autoridades competentes cuando se requiera.

Profundización en Aspectos Específicos de la Soldadura

Para complementar la información anterior, profundizaremos en algunos aspectos específicos que son cruciales para lograr soldaduras de alta calidad y durabilidad en estructuras metálicas, especialmente en el contexto colombiano.

Soldadura de Aceros Inoxidables

Los aceros inoxidables son ampliamente utilizados en diversas estructuras debido a su resistencia a la corrosión. Sin embargo, su soldadura requiere consideraciones especiales:

Selección del material de aporte: El material de aporte debe ser compatible con el tipo de acero inoxidable base. Se utilizan electrodos o alambres con composiciones similares a las del metal base.
Gas de protección: Se utiliza argón puro o mezclas de argón con helio o hidrógeno para proteger el baño de fusión de la oxidación.
Control del aporte térmico: Es fundamental controlar el aporte térmico para evitar la sensibilización del acero inoxidable, que reduce su resistencia a la corrosión. Se recomienda utilizar bajas corrientes de soldadura y velocidades de avance moderadas.
Limpieza: La limpieza previa y posterior a la soldadura es crucial para eliminar contaminantes que puedan afectar la resistencia a la corrosión. Se deben utilizar cepillos de acero inoxidable y desengrasantes específicos.
Evitar la contaminación con acero al carbono: Es crucial evitar la contaminación del acero inoxidable con acero al carbono, ya que esto puede provocar corrosión. Se deben utilizar herramientas y equipos exclusivos para acero inoxidable.

Soldadura de Aluminio

El aluminio es un material ligero y resistente a la corrosión, ampliamente utilizado en estructuras como carrocerías, fachadas y marcos. Su soldadura presenta desafíos particulares:

Alta conductividad térmica: El aluminio disipa el calor rápidamente, lo que requiere mayores corrientes de soldadura y velocidades de avance más rápidas.
Formación de óxido: El aluminio forma una capa de óxido superficial (alúmina) que tiene un punto de fusión mucho más alto que el aluminio puro. Esta capa debe ser eliminada antes de la soldadura mediante métodos mecánicos (cepillado, esmerilado) o químicos (decapantes).
Sensibilidad a la porosidad: El aluminio es muy susceptible a la porosidad, causada por la absorción de hidrógeno en el baño de fusión. Se deben utilizar gases de protección de alta pureza y técnicas de soldadura que minimicen la turbulencia del baño de fusión.
Procesos de soldadura: Los procesos más comunes para soldar aluminio son el GTAW (TIG) y el GMAW (MIG).
Material de aporte: El material de aporte debe ser compatible con la aleación de aluminio base.

Soldadura en Condiciones Climáticas Adversas (Bogotá y otras ciudades)

En ciudades como Bogotá, con alta humedad y variaciones de temperatura, la soldadura en exteriores puede presentar desafíos adicionales:

Humedad: La humedad puede condensarse en las superficies a soldar, causando porosidad y otros defectos. Se deben utilizar técnicas de precalentamiento para eliminar la humedad y mantener las superficies secas.
Viento: El viento puede afectar la protección del gas en los procesos GMAW y GTAW, causando porosidad y oxidación. Se deben utilizar pantallas o barreras para proteger el área de soldadura del viento.
Lluvia: La lluvia puede interrumpir el proceso de soldadura y causar defectos. Se deben utilizar carpas o cubiertas para proteger el área de soldadura de la lluvia.
Temperatura: Las bajas temperaturas pueden afectar la tenacidad de la soldadura y aumentar el riesgo de agrietamiento. Se deben seguir las recomendaciones de precalentamiento del WPS.

Importancia de la Inspección Continua durante el Proceso

Además de la inspección visual final y los END, es recomendable realizar inspecciones continuas durante el proceso de soldadura:

Inspección visual entre pasadas: Verificar la limpieza, la forma del cordón y la ausencia de defectos después de cada pasada de soldadura.
Control de la temperatura entre pasadas: Asegurarse de que la temperatura entre pasadas no exceda los límites especificados en el WPS.
Verificación de los parámetros de soldadura: Comprobar periódicamente que los parámetros de soldadura (corriente, voltaje, velocidad de avance, gas de protección) se mantengan dentro de los rangos especificados en el WPS.

Reparaciones estructurales comunes.

Reparación de grietas: Identificación y eliminación de la grieta, preparación de la junta, soldadura de reparación, inspección y PWHT (si es necesario).
Refuerzo de secciones: Adición de placas o perfiles metálicos para aumentar la capacidad de carga de una estructura.
Reemplazo de elementos dañados: Corte y remoción de elementos dañados (vigas, columnas, diagonales), preparación de las juntas, soldadura de los nuevos elementos, inspección y PWHT (si es necesario).
Corrección de deformaciones: Aplicación de calor y/o fuerza para enderezar elementos deformados.

Consideraciones Adicionales sobre la Cualificación de Soldadores en Colombia

En Colombia, la cualificación de soldadores es un aspecto regulado y de gran importancia, especialmente en proyectos de construcción y mantenimiento de infraestructuras. Algunos puntos clave a tener en cuenta son:

Entidades certificadoras: Existen diversas entidades reconocidas que ofrecen servicios de calificación de soldadores en Colombia. Estas entidades operan bajo los lineamientos de normas internacionales (AWS, ASME, ISO) y, en muchos casos, están acreditadas por organismos nacionales como el Organismo Nacional de Acreditación de Colombia (ONAC).
Vigencia de la calificación: La calificación de un soldador tiene una vigencia limitada, que puede variar según la norma y la entidad certificadora. Es responsabilidad del empleador asegurarse de que sus soldadores mantengan su calificación vigente.
Registro de soldadores calificados: Es recomendable que las empresas mantengan un registro actualizado de sus soldadores calificados, incluyendo la información relevante de sus certificaciones (proceso de soldadura, posición, tipo de material, fecha de calificación, fecha de vencimiento).
Responsabilidad del soldador: El soldador calificado tiene la responsabilidad de realizar soldaduras de acuerdo con el WPS y de mantener sus habilidades actualizadas.
Auditorías: Las empresas que realizan trabajos de soldadura en estructuras metálicas en Colombia pueden ser auditadas por las autoridades competentes para verificar el cumplimiento de las normas de soldadura, incluyendo la calificación de los soldadores.

Buenas Prácticas en la Soldadura y Reparaciones Metálicas

Para concluir esta sección, se resumen algunas buenas prácticas que contribuyen a la calidad y seguridad en los trabajos de soldadura y reparaciones metálicas:

Planificación: Planificar cuidadosamente el trabajo, incluyendo la selección del proceso de soldadura, la elaboración del WPS, la cualificación de los soldadores y la preparación de las juntas.
Seguridad: Priorizar la seguridad en todo momento, utilizando el equipo de protección personal adecuado, siguiendo las normas de seguridad y capacitando al personal.
Limpieza: Mantener una limpieza rigurosa antes, durante y después de la soldadura.
Control de calidad: Implementar un sistema de control de calidad que incluya la inspección visual, los END y el PWHT (si es necesario).
Documentación: Documentar todos los pasos del proceso de soldadura y reparación, incluyendo el WPS, la calificación de los soldadores, los parámetros de soldadura, las inspecciones y las reparaciones.
Mejora continua: Buscar constantemente oportunidades para mejorar los procesos de soldadura, la capacitación del personal y la calidad de las soldaduras.

La aplicación rigurosa de estas buenas prácticas, junto con el cumplimiento de las normas y códigos aplicables, es fundamental para garantizar la seguridad y la durabilidad de las estructuras metálicas en Colombia.

Nota final: La soldadura y las reparaciones metálicas son procesos complejos que requieren conocimientos técnicos, habilidades prácticas y un estricto control de calidad. Este texto proporciona una visión general de los aspectos más importantes, pero no sustituye la necesidad de consultar las normas y códigos aplicables, y de contar con personal calificado y experimentado para realizar estos trabajos.