Introducción
La WPS (Especificación del Procedimiento de Soldadura) es un documento técnico que establece todos los elementos importantes que deben tenerse en cuenta al unir piezas mediante soldadura.
El WPS contiene límites o rangos de parámetros como el tipo de corriente, el espesor del metal base, el tipo de metal base, etc.
Un procedimiento de soldadura sólo es válido dentro de los límites especificados en el mismo.
El WPS debe ser elaborado con base en las especificaciones del diseñador, y/o fabricante del equipo o estructura, consumibles de soldadura, materiales base y de acuerdo a la especificación del ejecutante, observando los requisitos establecidos por las normas o códigos aplicables.
¿Cuándo se requiere un nuevo WPS?
Si un procedimiento no puede producir soldaduras de buena calidad sin exceder los límites establecidos, entonces se debe utilizar un nuevo procedimiento de soldadura.Esta es una declaración simple y es válida para todo tipo de variables de soldadura, vea más detalles a continuación.
Cualificación del procedimiento de soldadura.
La mayoría de los estándares de calificación requieren que el procedimiento de soldadura sea calificado antes de que se utilice en la producción de soldaduras. Esto es necesario para garantizar que la unión soldada alcance la calidad requerida.Los materiales utilizados en la fabricación de equipos tienen propiedades mecánicas conocidas. El diseño del equipo se basa en estas propiedades.
Cuando los equipos se fabriquen mediante soldadura de dos o más materiales, es necesario asegurarse de que esta unión resista de la misma forma que los materiales utilizados. Para eso, el diseñador necesita saber qué propiedades tendrá la unión soldada.
En la soldadura, debido a los efectos de la temperatura, no basta con conocer individualmente las propiedades del metal base y del metal de soldadura.
También es necesario conocer las propiedades mecánicas de toda la unión soldada (El metal base, la zona afectada por el calor y el metal de soldadura). Esto se hace a través de la cualificación del procedimiento de soldadura.
La calificación del procedimiento de soldadura es el método por el cual se prueba que un procedimiento en particular es adecuado para producir uniones soldadas de calidad satisfactoria.
La calificación se realiza soldando probetas, según el procedimiento previamente establecido, y evaluando los resultados de los ensayos sobre probetas extraídas de la probeta.
Los resultados se evalúan frente a los criterios de aceptación establecidos por la norma de calificación aplicable.
Después de soldar la probeta, se deben revisar los rangos de los parámetros de soldadura para adecuar los valores realmente utilizados a las tolerancias permitidas en las normas de calificación aplicables.
Procedimientos de soldadura precalificados
Estos son procedimientos de soldadura que se pueden usar cuando la experiencia y la familiaridad con ciertos metales base y consumibles de soldadura han demostrado la idoneidad de un procedimiento específico a través del servicio realizado durante un largo período de tiempo.El uso del procedimiento precalificado solo se realiza cuando lo permite la norma de calificación del procedimiento, las especificaciones, las normas de fabricación, etc.
Para los procedimientos precalificados, no es necesario realizar las pruebas de calificación.
Cuando no se permita el uso de un procedimiento precalificado (o, por ejemplo, cuando el procedimiento no cumpla con los requisitos para calificar como un procedimiento precalificado), el procedimiento de soldadura debe demostrarse adecuado, a través de pruebas y/o exámenes. . Y evaluación de resultados, según lo exija la norma o especificación adoptada.
Los requisitos para la cualificación de los procedimientos de soldadura varían mucho de una norma a otra.
Una calificación hecha de acuerdo con un estándar generalmente no es válida para otro estándar.
Por lo tanto, es necesario que el inspector de soldadura sea consciente de que se están siguiendo los requisitos de la norma aplicable, en la calificación de los procedimientos.
¿Precalificado o ya calificado?
Es bastante común que las personas confundan un trámite "precalificado" con uno "ya calificado". Desde un punto de vista técnico hay diferencias.El procedimiento “ya calificado” es aquel que ha sido probado/sometido a pruebas de acuerdo con los estándares de calificación por parte de la empresa que realiza los servicios. El documento generado por este proceso es un WPQR y luego se genera un WPS para la fabricación/trabajo.
El procedimiento “precalificado” y todos sus criterios se toman directamente de la norma. El documento generado por este proceso es un WPS y no se requiere el WPQR.
Normalmente se acepta un procedimiento “ya calificado” en obra nueva, ya que esta reutilización está prevista en las propias normas de calificación.
Sin embargo, su uso no puede ser indiscriminado y se requiere de un profesional con conocimientos técnicos para analizar la aplicabilidad de un procedimiento “ya calificado” en una obra nueva.
El uso de procedimientos precalificados, en cambio, ya está mucho menos aceptado. Tenga en cuenta que algunas empresas no aceptan procedimientos precalificados.
Mi opinión es que esta decisión es extremadamente conservadora e incluso retrógrada. Es sorprendente cómo desperdiciamos dinero al tener que (re)hacer una calificación de un procedimiento de soldadura en las siguientes condiciones:
- Material con excelente soldabilidad como el acero bajo en carbono.
- Usos como escaleras.
- Condiciones y parámetros muy detallados, como los proporcionados en AWS D1.1.
Especificación preliminar del procedimiento de soldadura (pWPS)
La WPS preliminar es un documento preparado con base en el conocimiento, la experiencia pasada o la “técnica” de prueba y error. Es la descripción de cómo desea soldar su pieza de prueba.La mayoría de las veces, los parámetros de soldadura sugeridos en el pWPS tendrán ajustes menores por parte del soldador que realiza la calificación. Tenemos que asegurarnos de que estos cambios o parámetros reales se incorporen al WPQR.
Después de la soldadura de calificación, las piezas de prueba se prueban y, si pasan la prueba, la calificación es exitosa. El WPQR puede ser elaborado y será la base para la construcción de la especificación del procedimiento de soldadura (WPS definitivo).
Tenga en cuenta que WPS preliminar no es obligatorio en todos los estándares, pero sigue siendo una buena práctica de ingeniería. ASME IX, por ejemplo, no requiere WPS preliminar, consulte la interpretación IX-10-22.
Estándares de Calificación
La realización de soldaduras incorrectas durante la fabricación de ciertos tipos de estructuras o equipos, como barcos, puentes, tuberías, componentes de automóviles y recipientes a presión, puede provocar accidentes graves con materiales y, eventualmente, pérdidas humanas y daños al medio ambiente.Para minimizar la posibilidad de que ocurran estas ocurrencias y garantizar una mayor uniformidad, control y trazabilidad del proceso, las operaciones de soldadura para diferentes aplicaciones y otros aspectos relacionados con la soldadura están reguladas por diferentes códigos y especificaciones.
Los requisitos obligatorios con respecto a la calificación de los procedimientos de soldadura, soldadores y operadores de soldadura se incluyen o se mencionan en estos documentos.
Es responsabilidad del ingeniero de soldadura determinar, a través de las especificaciones de diseño o documentos de compra, la norma que regula la soldadura y qué requisitos de calificación se determinan en estos documentos.
ASME Sección IX: Calificaciones de soldadura y soldadura fuerte
Es un estándar aplicado a equipos como calderas, tuberías, recipientes a presión, componentes nucleares. Todas las secciones del estándar “ASME para calderas y recipientes a presión” se refieren a la “Sección IX” para las calificaciones.Norma API 1104 – Estándar para Tuberías de Soldadura e Instalaciones Relacionadas
Es un estándar de calificación único para la soldadura de tuberías. Generalmente limitado a tuberías terrestres aquí en Brasil.AWS D1.1 – Código de soldadura estructural de AWS – Acero
Esta norma está dedicada a la soldadura de estructuras metálicas en acero. Hay otras "D" que se ocupan de la soldadura de aluminio, acero inoxidable, etc.Este documento contiene sus propios requisitos para las calificaciones, que son obligatorias cuando el trabajo de soldadura debe estar de acuerdo con AWS D1. 1.
La siguiente tabla muestra los estándares de diseño y fabricación más comunes para equipos con los estándares de calificación especificados.
Una vez determinada la norma de calificación, se pueden establecer requisitos específicos para cada caso para la calificación de procedimientos y de soldadores y operarios de soldadura.
Como se mencionó anteriormente, las calificaciones se realizan evaluando los resultados de los ensayos realizados en especímenes extraídos de probetas, soldadas de acuerdo con un procedimiento previamente establecido.
Preparación de piezas de prueba.
La preparación de las probetas se basa en los requisitos de la norma de calificación aplicable y la información del procedimiento de soldadura a calificar.Los elementos relacionados con la preparación de la pieza de prueba están vinculados entre sí.
Así, el análisis debe ser conjunto, teniendo en cuenta que siempre es deseable el menor número de probetas, dentro de las limitaciones de la norma aplicable.
Tipos de cupones de prueba
La pieza de prueba puede ser un tubo, una hoja o una combinación de estos. El tipo no siempre se considera una variable esencial, es decir, una variable para la cual es necesaria una recalificación en caso de cambios.En general, la pieza de prueba debe ser representativa del trabajo a realizar. Si la cualificación es para soldadura de tubos, posiblemente la probeta deba ser un tubo, para reducir el número de probetas necesarias.
Material del cupón de prueba
En general, las probetas deben ser del mismo material que el equipo. Para reducir el número de calificaciones, las normas definen excepciones que, siempre que sea posible, deben adoptarse.Las normas agrupan materiales para facilitar el uso de materiales similares al equipo a soldar. Por ejemplo, según ASME Sec. IX, la probeta debe tener el mismo “número P” que el equipo (los materiales con igual soldabilidad se agrupan bajo el mismo número).
Además, de acuerdo con ASME Sec. IX, para la calificación de soldadores, el material puede ser acero al carbono (número P = 1), incluso si el equipo es de otro material (ver ASME Sec. IX QW-310.4).
La elección del material debe basarse siempre en los requisitos de las normas y, dentro de las excepciones permitidas, en la disponibilidad y coste del material.
Dimensiones del cupón de prueba
La probeta debe tener dimensiones que permitan la remoción de los especímenes previstos. Para determinar la longitud de una placa de ensayo, por ejemplo, es necesario conocer la cantidad y el ancho de las muestras. El ancho de la probeta depende de la longitud de las probetas.El estándar AWS D1. 1 establece directamente las dimensiones, dejando solo al inspector para identificar el diseño específico a utilizar.
La ASME Sec. IX muestra la distribución y dimensiones de los especímenes por separado, dejando al inspector establecer las dimensiones a utilizar.
NOTA: Las dimensiones se indican en mm y representan las dimensiones mínimas
Espesor del cupón de prueba
Uno de los factores más importantes a determinar antes de la preparación de la pieza de prueba es el grosor de la pieza. Esto se debe a que el espesor de la pieza de prueba determina los límites de espesor calificados por la prueba.En general, el espesor de la probeta debe ser al menos la mitad del espesor máximo establecido en el procedimiento. En cualquier caso, el espesor de la probeta es representativo de un cierto rango de espesores. El estándar API Std. 1104, por ejemplo, limita la calificación a ciertos grupos de espesor.
La elección adecuada del espesor reducirá el número de piezas de prueba.
Diámetro del cupón de prueba
Cuando la probeta sea un tubo, se debe analizar la influencia del diámetro sobre la validez de la calificación.Los estándares de calificación difieren en este sentido. De acuerdo con ASME Sec. IX, por ejemplo, el diámetro solo influye en la calificación de los soldadores (ver tabla a continuación). Cuando el diámetro del tubo sea una variable esencial, representará un rango de diámetros, y la elección deberá hacerse de modo que cubra el rango previsto por el procedimiento.
Posición de soldadura
El puesto influye en la energía de soldadura y en la dificultad de realizar las soldaduras, y por lo tanto afecta directamente la cualificación de los procedimientos y de los soldadores/operadores de soldadura.En vista de esto, las normas definen las posiciones fundamentales y el rango de dominio de cada posición, lo que hace que se pueda establecer la posición en la que se debe soldar la probeta.
Siempre que la posición de soldadura se considere una variable esencial, la calificación debe limitarse a la posición en la que se suelda la pieza o, según la norma aplicable, a dos o más posiciones, por ejemplo, tenemos la Norma AWS D1 .1.
Ante un caso concreto, se verifica qué posiciones de soldadura están previstas en el procedimiento, si la posición de soldadura es una variable esencial para el procedimiento de soldadura en la norma de calificación y, en caso afirmativo, cuáles son los límites de las posiciones.
Consumible de soldadura
La correcta especificación del consumible a utilizar está ligada a la integridad de la unión soldada, para garantizar la propiedad mecánica requerida por el proyecto.La agrupación de consumibles se realiza de forma diferente, la norma API 1104 especifica 11 grupos, la norma AWS D1.1 los consumibles se correlacionan con el tipo de material base, en la Norma ASME Sección IX los consumibles se especifican mediante el No. F, como se indica en el párrafo QW 432.
La siguiente tabla ilustra la agrupación de consumibles de soldadura según la norma API1104.
Preparación de la Junta a Soldar
La preparación de la junta debe ser representativa de las condiciones reales del equipo a soldar. Así, el tipo y dimensiones del chaflán, las ayudas de montaje y la limpieza de la junta deben ser equivalentes a las condiciones reales.Algunos estándares (por ejemplo, AWS) definen el tipo de chaflán como una variable esencial. En vista de ello, dependiendo de los tipos de chaflanes previstos en el procedimiento, se puede influir en el número de probetas.
Retiro de especímenes
A partir de la definición de la probeta que se realizó de acuerdo a la información del procedimiento de soldadura y las variables del estándar de calificación, se pueden determinar los requerimientos en cuanto a la remoción y preparación de las probetas.Todos los requisitos ahora dependen de la pieza de prueba y el estándar de calificación. De la probeta, porque dependen del tipo, espesor y diámetro (para tubos) de la probeta y de la norma de calificación porque las normas, también en este factor, tienen requisitos exclusivos para la calificación de procedimiento y para la calificación de soldadores y operadores de soldadura.
Posición de Retiro de Evidencia
En general, la posición de retiro de la muestra depende del estándar de calificación, el tipo de probeta, el diámetro del tubo de ensayo y el espesor de la probeta.Las 3 figuras siguientes ilustran la posición de desmontaje de las carrocerías según las exigencias de las normas de calificación más usuales.
Preparación de especímenes
Este ítem es de gran importancia en la calificación porque de él depende la validez y repetibilidad de los resultados de la prueba.Es responsabilidad del inspector de soldadura asegurarse de que se cumplan los requisitos en cuanto a las dimensiones y el acabado de las probetas.
Validez de los títulos
Tanto en la calificación de procedimientos de soldadura como en la calificación de soldadores y operarios de soldadura, las normas difieren entre sí en la validez de las calificaciones, es decir, cuando un procedimiento se vuelve inservible para su uso o cuando un soldador u operario de soldadura debe ser recalificado.El trabajo del inspector de soldadura es asegurarse de que solo se utilicen procedimientos calificados (consulte la nota a continuación), que los soldadores y los operadores de soldadura solo trabajen en los servicios para los que están calificados y que sean recalificados cuando sea necesario.
Vale la pena recordar nuevamente que el hecho de que un procedimiento sea calificado no garantiza su aplicabilidad a cualquier trabajo. Cada obra tiene sus propios criterios y requisitos y se requiere criterio técnico para aplicar un procedimiento de soldadura.
Los límites de calificación se establecen primero a través de variables de soldadura.
Las variables son condiciones de soldadura que, si cambian, afectan la calidad de las soldaduras.
Para el proceso de soldadura con electrodo revestido, por ejemplo, el cambio de una fuente de alimentación rectificadora a generadora normalmente no tiene influencia en la probabilidad de alterar la calidad de las soldaduras y por lo tanto no se considera como una variable para este proceso. .
De todos modos, puede ser una variable para otro proceso de soldadura.
Algunas normas de cualificación otorgan a todas las variables la misma importancia. Otros les otorgan diferentes niveles de importancia, clasificándolas en variables esenciales y variables no esenciales.
Cada norma determina variables específicas, aplicables a cada uno de los procesos de soldadura.
Con el conocimiento de las variables aplicables, el inspector de soldadura puede determinar si la soldadura se realiza correctamente.
Variables esenciales
Estas son variables que, si se cambian, requieren recalificación.Variables esenciales suplementarias
Son variables que en caso de ser modificadas requieren recalificación, sin embargo su análisis sólo es necesario cuando existe requerimiento de impacto en la unión soldada.Variables no esenciales
Estas son variables que, si se modifican, no requieren recalificación. Utilizando un procedimiento calificado y dentro de los límites de las variables, deben resultar en soldaduras aceptables, si el soldador no presenta defectos. Sin embargo, un cambio más allá de los límites establecidos en el procedimiento puede afectar las propiedades mecánicas de las soldaduras, incluso si el soldador realiza la soldadura sin defectos.Un cambio a una variable no esencial aún requiere una revisión del WPS pero no del WPQR.
Ejemplo de variables de soldadura
Tipo de unión soldada
El tipo de unión se determina teniendo en cuenta el espesor del material a soldar. En general, el tipo de unión se debe utilizar de forma que la cantidad de metal depositado sea pequeña, evitando así pérdidas de metal de soldadura, tiempo de máquina y soldador, así como evitar la introducción de una gran cantidad de calor en la pieza.Ángulo de chaflán
El ángulo de bisel es lo que permite el acceso del electrodo a las regiones cercanas a la raíz de la soldadura y facilita la soldadura de múltiples pasadas, evitando un sobrecalentamiento de la pieza. Debe tener una dimensión variable dentro de un cierto límite, ya que si están demasiado “cerrados” dificultan la operación de pasada de raíz y si están demasiado “abiertos” se depositan cantidades altas e innecesarias de material de adición.Apertura de la raíz
La apertura de la raíz permite que el metal de aporte penetre en la raíz de la soldadura. También se debe controlar la apertura de la raíz, ya que si es demasiado grande, puede haber una penetración excesiva de la soldadura o una fusión completa de las caras de la nariz, por lo que el desbordamiento de toda la raíz y demasiado pequeño puede no permitir ninguna penetración.cara raíz
También tiene un papel importante en la penetración ya que sirve como soporte sólido para el metal fundido. También se debe controlar su dimensión para que haya una perfecta fusión de sus bordes, y en consecuencia una adecuada penetración.Uso de "respaldo"
En las uniones a tope en posición plana, para tener una penetración controlada independiente de los factores mencionados anteriormente, se elige el respaldo, que sirve como soporte del metal fundido obteniendo las formas deseadas. Este tipo de dispositivo se usa a menudo en juntas donde no se puede acceder al otro lado de la junta.Formulario WPS (ejemplo)
El formulario WPS debe contener la información prevista en las respectivas normas de calificación aplicables, por ejemplo:-
Identificación del estándar de calificación.
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Croquis de la junta y el chaflán.
-
Bosquejo de la secuencia de pases (usualmente ignorado por razones prácticas).
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Especificación, clasificación y marca de consumibles.
-
Número WPS y WPQR.
-
Control del aporte térmico cuando corresponda.
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Requisitos especiales para el consumible utilizado (como el uso del sufijo G).
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Rango de precalentamiento para espesores calificados.
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Fecha de elaboración y aprobación.
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Nombre completo del ingeniero responsable.
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Citación
Cuando necesite incluir un hecho o información en una tarea o ensayo, también debe incluir dónde y cómo encontró esa información (Procedimiento de soldadura).
Eso da credibilidad a su papel y a veces se requiere en la educación superior.
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Luz, Gelson. Procedimiento de soldadura (WPS). Blog de Materiales. Gelsonluz.com. dd mmmm aaaa. URL.
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