En Construcción.

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Montaje Soldado según el Método de Conexión: Un Proceso Crítico en la Construcción de Estructuras Metálicas

El montaje soldado es un método de unión permanente ampliamente utilizado en la construcción de estructuras metálicas, donde los elementos estructurales (vigas, columnas, placas, etc.) se unen mediante la fusión del metal base y, en la mayoría de los casos, la adición de un material de aporte. La soldadura proporciona una alta resistencia y rigidez a la conexión, y permite crear estructuras monolíticas y continuas. Sin embargo, la calidad de la soldadura es crucial para la seguridad y el desempeño de la estructura, por lo que el montaje soldado requiere un estricto control de calidad, soldadores calificados, procedimientos de soldadura calificados (WPS) e inspección rigurosa.

En Colombia, el montaje soldado de estructuras metálicas debe cumplir con los requisitos establecidos en la Norma Sismo Resistente NSR-10, Título F (Estructuras Metálicas), y las normas técnicas a las que hace referencia, principalmente la AWS D1.1 (Structural Welding Code - Steel) de la American Welding Society (AWS). La NSR-10 establece los requisitos generales para la soldadura de estructuras de acero, mientras que la AWS D1.1 proporciona especificaciones detalladas sobre los procesos de soldadura, la calificación de soldadores y procedimientos, los materiales de aporte, la preparación de las juntas, la ejecución de la soldadura, la inspección y los ensayos.

Tipos de Juntas Soldadas

Las juntas soldadas en estructuras metálicas se pueden clasificar según su geometría y la forma en que se unen los elementos:

• Juntas a tope (butt joints): Son juntas en las que los elementos se unen por sus extremos, en el mismo plano. Pueden ser de penetración completa (donde la soldadura penetra todo el espesor de los elementos) o de penetración parcial (donde la soldadura penetra solo una parte del espesor). Las juntas a tope de penetración completa son las más resistentes y se utilizan en elementos sometidos a altas tensiones.
• Juntas en filete (fillet joints): Son juntas en las que los elementos se unen formando un ángulo (generalmente 90 grados), y la soldadura se deposita en el ángulo formado entre las superficies de los elementos. Las juntas en filete son más fáciles de ejecutar que las juntas a tope, pero su resistencia es menor.
• Juntas en T (T-joints): Son un tipo de junta en filete donde un elemento se une perpendicularmente a la superficie de otro elemento, formando una "T".
• Juntas de solape (lap joints): Son juntas en las que los elementos se superponen y se unen mediante soldaduras en filete o soldaduras de tapón (plug welds) o de ranura (slot welds).
• Juntas de esquina (corner joints): Son juntas donde dos elementos se unen en un ángulo, formando una esquina.

Procesos de Soldadura

Existen varios procesos de soldadura que se pueden utilizar en el montaje de estructuras metálicas. Los más comunes son:

• SMAW (Shielded Metal Arc Welding - Soldadura Manual con Electrodo Revestido): Es el proceso de soldadura más utilizado. Se utiliza un electrodo metálico revestido que se funde con el arco eléctrico, formando el metal de soldadura y una capa de escoria que protege el baño de fusión de la contaminación atmosférica. Es un proceso versátil y económico, pero requiere habilidad por parte del soldador y genera una mayor cantidad de humos y salpicaduras.
• GMAW (Gas Metal Arc Welding - Soldadura con Gas y Alambre): También conocido como MIG/MAG. Se utiliza un alambre continuo que se alimenta automáticamente a través de una pistola de soldadura. El arco eléctrico se establece entre el alambre y el metal base, y se utiliza un gas de protección (inerte como argón o activo como CO2 o mezclas) para proteger el baño de fusión de la contaminación atmosférica. Es un proceso más rápido y productivo que el SMAW, y genera menos humos y salpicaduras.
• FCAW (Flux-Cored Arc Welding - Soldadura con Alambre Tubular): Similar al GMAW, pero utiliza un alambre tubular que contiene un fundente en su interior. El fundente protege el baño de fusión de la contaminación atmosférica y puede proporcionar elementos de aleación al metal de soldadura. Puede utilizarse con o sin gas de protección adicional. Es un proceso versátil y productivo, adecuado para soldadura en todas las posiciones.
• GTAW (Gas Tungsten Arc Welding - Soldadura TIG): También conocido como TIG (Tungsten Inert Gas). Se utiliza un electrodo de tungsteno no consumible para generar el arco eléctrico. El metal de aporte se añade manualmente en forma de varilla. Se utiliza un gas inerte (generalmente argón) para proteger el baño de fusión y el electrodo de tungsteno de la contaminación atmosférica. Es un proceso que proporciona soldaduras de alta calidad, con un excelente control del aporte de calor, pero es más lento y requiere mayor habilidad por parte del soldador. Se utiliza principalmente para soldadura de aceros inoxidables, aluminio y otros metales no ferrosos, y para soldaduras de alta responsabilidad en aceros al carbono.
• SAW (Submerged Arc Welding - Soldadura por Arco Sumergido): Es un proceso automático o semiautomático en el que el arco eléctrico se establece entre un alambre continuo y el metal base, bajo una capa de fundente granular. El fundente protege el baño de fusión de la contaminación atmosférica y proporciona elementos de aleación al metal de soldadura. Es un proceso de alta productividad, adecuado para soldar grandes espesores de acero en posición plana u horizontal.

La selección del proceso de soldadura depende del tipo de material a soldar, el espesor de los elementos, la posición de soldadura, los requisitos de calidad, la disponibilidad de equipos y personal calificado, y los costos.

Procedimientos de Soldadura (WPS)

Como se ha mencionado, un WPS es un documento que describe en detalle todos los parámetros y variables que se deben controlar durante el proceso de soldadura para asegurar la calidad y repetibilidad de las juntas soldadas. El WPS debe estar calificado mediante pruebas (PQR - Procedure Qualification Record) y debe ser seguido estrictamente por los soldadores.

Calificación de Soldadores

Los soldadores que realicen soldaduras en estructuras metálicas deben estar calificados según la norma AWS D1.1 u otra norma aplicable (como la ISO 9606). La calificación demuestra que el soldador tiene la habilidad y los conocimientos necesarios para realizar soldaduras de calidad, siguiendo un WPS específico.

Preparación de las Juntas

La preparación de las juntas soldadas es un paso crítico para asegurar la calidad de la soldadura. La preparación de la junta incluye:

• Limpieza: Las superficies a soldar deben estar limpias y libres de óxido, cascarilla de laminación, pintura, grasa, aceite, humedad y cualquier otro contaminante que pueda afectar la calidad de la soldadura. La limpieza se puede realizar mediante métodos mecánicos (cepillado, esmerilado, lijado), químicos (limpieza con solventes) o térmicos (limpieza con soplete).
• Biselado: En juntas a tope, los bordes de los elementos a soldar se biselan para facilitar la penetración completa de la soldadura. El tipo y las dimensiones del bisel dependen del espesor de los elementos, el proceso de soldadura y la norma aplicable.
• Alineación: Los elementos a soldar deben estar correctamente alineados para asegurar una junta uniforme y evitar deformaciones.
• Separación de raíz: En algunas juntas a tope, se deja una pequeña separación entre los bordes de los elementos a soldar (separación de raíz) para facilitar la penetración completa de la soldadura.
• Punteo: Antes de iniciar la soldadura, se pueden aplicar puntos de soldadura (punteo) para mantener la alineación y la separación de raíz de la junta.

Ejecución de la Soldadura

La ejecución de la soldadura debe seguir estrictamente el WPS calificado. Algunos aspectos importantes a controlar durante la soldadura incluyen:

• Parámetros de soldadura: Se deben mantener los parámetros de soldadura (amperaje, voltaje, velocidad de avance, polaridad, etc.) dentro de los rangos especificados en el WPS.
• Material de aporte: Se debe utilizar el material de aporte especificado en el WPS (tipo, diámetro, clasificación).
• Precalentamiento: Si el WPS lo requiere, se debe precalentar el metal base a la temperatura mínima especificada antes de iniciar la soldadura. El precalentamiento ayuda a prevenir la formación de grietas en la soldadura y en la zona afectada por el calor (ZAC), especialmente en aceros de alta resistencia o en soldaduras de gran espesor.
• Temperatura entre pasadas: Se debe controlar la temperatura entre pasadas para evitar el sobrecalentamiento del material y la formación de microestructuras indeseables.
• Técnica de soldadura: El soldador debe utilizar la técnica de soldadura adecuada (cordón recto, oscilado, número de pasadas, etc.) según el WPS y la posición de soldadura.
• Limpieza entre pasadas: Se debe eliminar la escoria y las salpicaduras entre pasadas para evitar inclusiones de escoria y otros defectos en la soldadura.
• Control de la deformación: Se deben tomar medidas para controlar la deformación de los elementos debido al calor de la soldadura, como el uso de secuencias de soldadura adecuadas, el precalentamiento, el martillado (peening) o el uso de dispositivos de sujeción.

Inspección de Soldaduras

La inspección de soldaduras es fundamental para verificar la calidad de las juntas soldadas y detectar posibles defectos. La inspección debe ser realizada por inspectores de soldadura calificados y certificados según normas como AWS QC1 o equivalente. La inspección puede incluir:

• Inspección visual: Antes, durante y después de la soldadura.
• Ensayos no destructivos (END): Líquidos penetrantes (PT), partículas magnéticas (MT), ultrasonido (UT), radiografía (RT), etc.

(Estos puntos ya fueron ampliamente explicados en la sección anterior)

Reparación de Soldaduras Defectuosas

Si se detectan defectos en las soldaduras que superen los criterios de aceptación establecidos en las normas aplicables o en las especificaciones del proyecto, la soldadura debe ser reparada. La reparación de soldaduras debe realizarse siguiendo un procedimiento de reparación calificado, que debe incluir:

• Identificación y delimitación del defecto: Se debe identificar claramente el tipo, tamaño y ubicación del defecto.
• Eliminación del defecto: Se debe eliminar el defecto completamente, utilizando métodos como el esmerilado, el arco-aire (gouging) o el corte con soplete.
• Preparación de la zona a reparar: Se debe preparar la zona a reparar, limpiándola y biselándola si es necesario.
• Soldadura de reparación: Se debe realizar la soldadura de reparación siguiendo un WPS calificado, utilizando los mismos materiales y parámetros de soldadura que en la soldadura original (o un WPS modificado, si es necesario).
• Inspección de la reparación: Se debe inspeccionar la soldadura reparada utilizando los mismos métodos de inspección que en la soldadura original (inspección visual y END).
• Documentación de la reparación: Se debe documentar todo el proceso de reparación, incluyendo la identificación del defecto, el procedimiento de reparación utilizado, los resultados de la inspección y la aceptación de la reparación.

Montaje Soldado en Campo vs. en Taller

El montaje soldado de estructuras metálicas puede realizarse en taller (fabricación) o en campo (montaje en obra). Cada opción tiene sus ventajas y desventajas:

Montaje Soldado en Taller (Fabricación)

• Ventajas:
  • Mejores condiciones de trabajo (ambiente controlado, iluminación adecuada, equipos y herramientas disponibles).
  • Mayor facilidad para realizar la soldadura en posiciones favorables (plana, horizontal).
  • Mayor facilidad para realizar el precalentamiento y el tratamiento térmico post-soldadura (si se requieren).
  • Mayor facilidad para realizar la inspección y el control de calidad.
  • Mayor productividad y eficiencia.
• Desventajas:
  • Limitaciones en el tamaño y peso de los elementos que se pueden fabricar y transportar.
  • Necesidad de realizar conexiones atornilladas o soldadas en campo para unir los elementos prefabricados.

Montaje Soldado en Campo (Montaje en Obra)

• Ventajas:
  • Permite construir estructuras de mayor tamaño y complejidad.
  • Reduce la necesidad de conexiones atornilladas, lo que puede simplificar el diseño y reducir los costos.
• Desventajas:
  • Condiciones de trabajo más difíciles (exposición a la intemperie, trabajo en altura, acceso limitado).
  • Mayor dificultad para realizar la soldadura en posiciones desfavorables (vertical, sobrecabeza).
  • Mayor dificultad para realizar el precalentamiento y el tratamiento térmico post-soldadura.
  • Mayor dificultad para realizar la inspección y el control de calidad.
  • Menor productividad y eficiencia.

Siempre que sea posible, es preferible realizar la mayor parte de la soldadura en taller, para aprovechar las ventajas de un entorno controlado y mejorar la calidad y la eficiencia del proceso. Sin embargo, en muchos casos, es inevitable realizar soldaduras en campo, especialmente en la unión de elementos prefabricados o en la reparación de soldaduras defectuosas.

Cuando se realizan soldaduras en campo, es fundamental tomar precauciones especiales para proteger la soldadura de la intemperie (lluvia, viento, polvo), controlar la temperatura del metal base y asegurar que los soldadores tengan las condiciones de trabajo adecuadas para realizar soldaduras de calidad.

Consideraciones Específicas para Colombia y Bogotá

• NSR-10: Cumplir con los requisitos del Título F y la referencia a la AWS D1.1.
• Disponibilidad de soldadores calificados: Asegurarse de que los soldadores que realicen el montaje soldado estén debidamente calificados y certificados según la AWS D1.1 u otra norma aceptada.
• Disponibilidad de inspectores de soldadura: Contar con inspectores de soldadura calificados y certificados (CWI - Certified Welding Inspector, o equivalente) para realizar la inspección visual y supervisar los END.
• Disponibilidad de laboratorios de END: Asegurarse de que los ensayos no destructivos se realicen en laboratorios acreditados.
• Condiciones climáticas: En Bogotá y otras regiones de Colombia, la alta humedad y las lluvias frecuentes pueden afectar la calidad de la soldadura. Se deben tomar precauciones especiales para proteger la soldadura de la humedad y asegurar que las superficies a soldar estén secas.

Tabla: Procesos de Soldadura Comunes en Estructuras Metálicas

Tabla: Tipos de Juntas Soldadas

Ejemplo de Lista de Verificación para Montaje Soldado

Tabla: Documentación clave relacionada a Soldadura