Práctica y prueba de la soldadura

La unión por soldadura más resistente que se puede producir en dos planchas posteriormente sometidas a una tensión de empuje / tracción es la junta de dos topes o extremos. Una unión a topes o extremos es aquella en la que dos planchas unidas están en el mismo plano, y en cualquier estructura soldada es deseable que las juntas a tope deban  ser utilizadas cuando sea posible.

 En acero suave la soldadura metálica tiende a tener un límite elástico mayor que el material en la plancha (ver Figura 1). Bajo tensión se encuentra que inicial la elasticidad generalmente ocurre adyacente a la  soldadura a tope en la plancha cuando el rendimiento del material de la plancha se alcanza localmente. Puesto que una soldadura a tope en buena tensión tiene una resistencia equivalente a la de la plancha de acero suave, no se considera como una debilidad estructural.

 Juntas superpuestas, las soldaduras angulares se utilizan para conectar (Para juntar dos planchas o piezas, una en posición vertical y la otra en posición horizontal) las planchas, esta debe evitarse en elementos de resistencia de una estructura soldada. Como las soldaduras angulares están en cizalla cuando las placas están en tensión la resistencia de la unión es mucho menor que la del material de la plancha o junta a tope. Las soldaduras de ángulo son inevitables cuando las secciones o planchas están conectadas en ángulo con respecto a una plancha o pieza adyacente, pero a menudo no es el mismo problema debido a que la carga es diferente. La resistencia a la fatiga de las soldaduras de ángulo es también inferior a la de una soldadura a tope.

Práctica de soldadura

 Al hacer una soldadura a tope con la soldadura por arco manual, donde el espesor de la plancha excede por mencionar de 5 a 6 mm será necesario hacer más de un cordón de soldadura para depositar suficiente metal para cerrar la junta. Con los  procesos de soldadura automática de la actualidad las  planchas más gruesas pueden soldarse con una sola pasada o cordón, pero a mayor espesor múltiples pasadas son necesarias.

En la construcción de buques a menos que una barra de refuerzo permanente se utilice, o una "un lado o cara” técnica de soldadura o proceso es utilizada, es requerido una soldadura en la parte posterior para asegurar una penetración completa de la soldadura. Esto se hace en el  lado reverso de la articulación después de la limpieza de la escoria, etc., por medio de piqueteado o remoción. Barras de refuerzo permanentes pueden ser introducidas convenientemente donde sea necesarias para soldar de un solo lado durante la elevación de la estructura desde su base. Un buen ejemplo es el uso de una barra de canal de corte descendente utilizada como  un  soporte  de  los  costados a  nivel  de  la cubierta, la brida superior proporcionando la barra de apoyo para una soldadura a tope de la cubierta del panel trasero, hecho por la máquina y técnicas mencionadas anteriormente.

Figura 1 Relación tensión/tocedura para la unión/soldadura de metales y detalles de las soldaduras a tope/angular 

Puntos de soldadura se utilizan en la construcción para mantener las placas y secciones en lugar después de su alineación y antes de la finalización de las soldaduras bien sea a tope o angular. Estas son puntos cortos de soldadura de metal que se ejecutan, y que pueden ser soldados luego por un cordón, o cortados en más articulaciones críticas durante la soldadura final de la articulación. Las soldaduras a tope pueden ser continuas o intermitentes en función de la eficiencia estructural de la pieza a soldar. Cuando las soldaduras angulares son intermitentes que pueden ser soldada escalonada o cadena (véase la figura 2), La pieza también puede ser ondulada para dar el mismo resultado cuando se aplique la soldadura continua. En placas más gruesas se hace necesario biselar los bordes de las planchas que son para unir a tope con el fin de lograr la penetración completa de la soldadura (figura 2). Esta operación puede llevarse a cabo mientras se agudizan o recortan los bordes de la plancha que luego deben ser alineados correctamente. La mayoría de la preparación de los bordes son hechos por cortes a base de gas o plasma con sopletes que tienen tres boquillas de salida que se pueden ajustar en diferentes ángulos para hacer los biseles requeridos. Alternativamente la preparación de los bordes se pueden obtener por métodos mecanizados que utilizan ya sea un cepillado o herramientas de fresado. Para las soldaduras de muy alta calidad en placa gruesa, particularmente de los tipos de tracción superiores de acero, el método mecanizado bien puede ser específico. Vale la pena señalar que hay poco que elegir entre los dos debido a los pocos daños metalúrgicos que se producen, pero es evidente que los métodos mecánicos proporcionan un mejor acabado.

 Las planchas de espesor variable pueden ser soldadas a topes juntos en distintos lugares, un buen ejemplo es donde se juntan pesadas piezas de planchas. Las planchas juntas de diferente espesor se prefieren para duplicar las planchas en la construcción por soldadura, así la pieza gruesa será achaflanada para el espesor de la plancha adyacente más delgada antes que la preparación de la culata esté terminada.

 Para facilitar el montaje de las unidades a soldadura es una práctica común hacer uso de lo que se conoce como la construcción de una "caja de huevos". Dentro de la unidad doble fondo los pisos y vigas laterales pueden ser ranurados en sus intersecciones de modo que encajan perfectamente entre sí antes de la construcción.

Automatización de la soldadura

Grandes astilleros con largas líneas de producción de paneles soldados utilizan sistemas automatizados de soldadura para producir los paneles duraderos y resistentes. Para unir las planchas la técnica de soldadura de alta velocidad por un solo lado y arco sumergido es utilizada. Los parámetros de soldadura requeridos están fijados de antemano en el cuadro de la  operación y  conectados a una computadora. El operador selecciona el espesor de la placa e inicia la máquina.

Figura 2  Preparación del área de soldadura de la plancha

  

La máquina controla automáticamente los parámetros de soldadura para el cráter de soldadura y se detiene cuando la ficha de escorrentía se alcanza en el extremo de las planchas. El panel de plancha soldada se desplaza montadas sobre rodillos fijados en el piso a la siguiente etapa, donde las piezas de refuerzo son fijadas. Cada refuerzo se baja sobre el panel de la plancha y se suelda por puntos usando soldadura a base de gas con  arco metálico. El panel de la plancha con soportes es entonces puesto al alcance de un soldador de ángulo sobre un puente  con maquina de doble soldadura. El puente se mueve paralelamente a los soportes  a la misma velocidad a donde la soldadura se dirige y a su vez lleva los envases que contienen los cables de soldadura y eléctricos para los cabezales de soldadura angular doble. La soldadura se lleva a cabo con alambres tubulares con protección de gas CO₂.

Las secuencias de soldadura

Durante la operación de soldadura calor es aplicado a la plancha, debido a este metal se expande, y en contrario al frio. Una soldadura en frio contrariamente tiende a tirar de la plancha con este. Esto resulta en una deflexión estructural, la acción de restricción de la plancha de prevenir la contracción total de la soldadura. La distorsión real de una estructura soldada es difícil de predecir debido a la falta de conocimiento del grado de limitación. Sin embargo se sabe que la contracción en las soldaduras a tope se produce principalmente a lo largo del cordón, y en menor grado a través de ella. Si una alta retención es proporcionada en un esfuerzo por controlar la distorsión esto le ocasionara a la estructura altas tensiones residuales, que deben ser evitadas.

Con el fin de minimizar la distorsión en la soldadura manual los métodos de soldadura “Backstep” y “Wandering” se utilizan a menudo, la longitud de cada paso siendo la cantidad de metal de soldadura previsto por un electrodo para adaptarse a la sección transversal requerida de soldadura (ver Figura 3).

Para reducir la distorsión y limitar las tensiones residuales en la estructura es importante que una secuencia de soldadura correcta deba ser utilizada a lo largo de la construcción. Esto se aplica durante la fabricación de unidades y en el levantamiento y unión.

De las soldaduras más importantes en la secuencia de construcción del buque  que implica la soldadura de los topes y costuras de los paneles de planchas pueden ser considerados (Véase la Figura 4). En las intersecciones T es necesario para soldar el primer extremo totalmente, y luego sacan los extremos para renovar la preparación del borde de la junta antes de la costura de soldadura. Soldar la primera costura causaría una alta contención a través de la plancha y cuando el tope se termine pudiese agrietarse la soldadura. La  practica general cuando se sueldan los paneles de concha es empezar por la soldadura de las colillas centrales y costuras adyacentes, trabajando hacia fuera tanto transversal como longitudinalmente. Los paneles estructurales de buques tienen diversas formas de refuerzo unidos a la plancha de los paneles, éstos generalmente están soldados al panel después de completar la soldadura de las chapas de panel. Estos miembros de refuerzo se dejan sin soldar a través los topes y costuras de las planchas hasta que éstos se han completado, si se juntan en alguna etapa intermedia.

Figura 3  Métodos de soldadura “Backstep” y “Wandering”

La secuencias de montaje de soldadura en general, es seguir los principios establecidos para los paneles de recubrimiento. En los buques soldados las costuras laterales inferiores no deben ser soldadas antes de que las costuras superiores, en particular la de la cubierta y las costuras de la borda. Si esta secuencia de soldadura del forro del costado se adoptó la porción superior de la estructura del casco tendería a ser acortado causando al casco el levantamiento de los bloques en los extremos. En la construcción moderna del forro del costado y la cubierta son levantados en bloques y con una secuencia de soldadura adecuada empleada este problema no aparecería.

En el trabajo de reparación correctas secuencias de soldadura son también importantes, particularmente donde el material nuevo se monta en la estructura existente relativamente rígido. Una vez más el procedimiento sigue el patrón general de los topes y costuras en paneles de plancha. Si una plancha nueva debe ser soldada en su lugar las costuras y colillas en la estructura circundante se reducen de 300 a 375 mm de la abertura, del mismo modo la conexión de la rigidez en forma de la abertura.

A continuación el panel de la plancha se inserta y es soldado dentro de 300 a 375 mm de libertad de los bordes, los extremos se completaron, y luego las costuras después de la soldadura longitudinal, de cualquier rigidez en las culatas. Finalmente, el encuadre vertical se suelda en forma de las costuras (Figura 4).

Figura 4  Secuencias de la soldadura

Prueba de soldaduras

Por razones económicas gran parte de las pruebas de soldadura llevada a cabo en la construcción naval se realiza visualmente por inspectores capacitados. Controles sobre el terreno a intervalos convenientes se hacen en las soldaduras más importantes en la construcción del buque mercante en general, utilizando equipos radiográficos o ultrasónicos. Materiales de soldadura se someten a pruebas exhaustivas antes de su aprobación por parte de Lloyd's Registre o las sociedades de clasificación de otros para su uso en el trabajo del buque. Operarios están obligados a someterse a la aprobación periódica de pruebas de soldador para determinar su nivel de mano de obra.

FALLAS DE SOLDADURA, varias fallas se puede observar en la soldadura a tope  y angular. Estos pueden ser debido a un número de factores, mal diseño, procedimiento de soldadura incorrecta, el uso de materiales inadecuados, y la mala ejecución. Distintas averías se ilustran en la Figura 5. La sentencia de la gravedad de la falta recae en el inspector y perito de soldadura, y donde la soldadura se considera es inaceptable que se recorte y suelde nuevamente.

Ensayos No Destructivos

Por razones obvias de algún tipo de ensayo no destructivo es necesaria para permitir la solidez del barco, que las soldaduras que deben evaluarse. Los métodos de pruebas no destructivas disponibles se pueden resumir como sigue:

El examen visual
Líquidos penetrantes
Partículas Magnéticas
Radiográfica
Ultrasónico

De estos cinco métodos, las pruebas de partículas magnéticas y líquidos penetrantes tienen una pequeña aplicación en la construcción de cascos de buques, que se utiliza para examinar la superficie de grietas en las planchas de popa y otras piezas de fundición. Visual, radiológicos y exámenes de ultrasonido se consideran con más detalle, ya que son de uso común. Las pruebas de partículas magnéticas se lleva a cabo por la magnetización de colada, y extendiendo un fluido de partículas magnéticas (por ejemplo, rellenos de hierro suspendido en parafina) en la superficie. Cualquier interrupción, como una grieta superficial se muestran como las partículas se concentrará en este punto donde hay una alteración en el campo magnético.

Una penetración de tinte, también mostrará un error si la superficie después de la prueba se ha lavado después de la aplicación del colorante. Para ayudar a la detección de una grieta la superficie de la penetración de tinte utilizado es a menudo luminosa y se revela bajo una luz ultravioleta. La inspección visual de las soldaduras es un procedimiento de rutina, y son defectos en la superficie detectados pronto por un inspector con experiencia y topógrafo. La forma Incorrecta de un cordón, las salpicaduras, socavado, malos puntos de parada y arranque, incorrecta alineación, y grietas en la superficie son todos los fallos que se pueden observar en la superficie. Defectos en la superficie y sub-interior no se observan, pero el costo de la inspección visual es bajo, y puede ser muy eficaz cuando el examen se hace antes, durante y después de la soldadura.

Figura 5  Fallas en soldaduras

El principio de la inspección radiográfica es simplemente someter a un material a radiación procedente de un lado, y el registro de la radiación emitida desde el lado opuesto. Cualquier obstáculo en el camino de la radiación afectará a la densidad de radiación que se emite y pueden ser registradas. Como la radiación se expondrá a la placa fotográfica, para todos los propósitos prácticos de ensayo de soldadura esto se utiliza para grabar la consistencia de la soldadura en los metales. Los registros fotográficos de la placa y cambios en la densidad de la radiación emitida; por ejemplo, el vacío se mostrará como una sombra más oscura en la radiografía. Cualquier dispositivo de rayos X o rayos gamma puede ser utilizado para proporcionar la fuente de radiación. Un equipo de rayos X se compone de una fuente de alimentación de alta tensión (50 a 400KV), que se utiliza para proporcionar potencia entre el cátodo y el ánodo objetivo en un tubo de vacío de vidrio. Sólo un pequeño porcentaje de esta energía es convertida en rayos X, por lo que grandes cantidades de calor que se disipan. Desde el objetivo de los rayos X se proyectan fuera del tubo sobre la superficie de soldadura (véase la Figura 6).

Dónde dispositivos de rayos gamma se utilizan emisión de rayos se producen por desintegración de un núcleo radio-activo, la velocidad de emisión se reduce con el tiempo. La radiación emitida puede ser magnéticamente separada en tres partes, unos rayos ∞, los rayos β y los rayos  g, los rayos g son similares a los rayos X y de la mayor importancia ya que son muy penetrante, pero esto también significa que es pesado blindaje necesario. Desde que fuentes naturales radiactivas son escasas, son de gran utilidad las artificiales hechas de fuentes radiactivas como los isótopos.

Para interpretar la radiografía de la soldadura una gran cantidad de experiencia se requiere, y un conocimiento profundo del proceso de soldadura. Las radiografías suelen llevar la imagen de un "indicador de calidad de imagen", que muestra el cambio mínimo de espesor revelado por la técnica. Este indicador puede tener una calidad de imagen en pasos graduales de metal, cada paso se identifican en la radiografía de modo que el espesor mínimo perceptible sea señalado, y la sensibilidad evaluativa de la radiografía. Este indicador se coloca adyacente a la soldadura antes de tomar la radiografía.

La energía ultrasónica se utiliza comúnmente como una herramienta para la localización de defectos en soldaduras, y tiene varias ventajas sobre la radiografía, particularmente ya que no representa ningún peligro para la salud. La técnica es particularmente útil para localizar finas grietas que a menudo perdidas mediante radiografía, en particular, que queden perpendiculares a la fuente de emisión.

El principio de la inspección ultrasónica depende del hecho de que los pulsos de energía ultrasónica se reflejan desde cualquier superficie que se encuentran.

Figura 6  Inspección de soldaduras

Las ondas ultrasónicas que viajan a través de una placa pueden ser reflejadas por la superficie del metal y también de las superficies de los defectos que existen en el mismo. Prácticamente la reflexión total se produce en una interface aire-metal, y por lo tanto la onda ultrasónica en el metal líquido se coloca entre la fuente y el metal. El patrón de reflexión se revela en un tubo de rayos catódicos, que puede ser calibrado utilizando un bloque de referencia estándar. Un operador con experiencia es capaz de reconocer los defectos de la pantalla de tubo de rayos catódicos, y en cierta medida reconocimiento de tipos de defectos es posible. Aparte de inspección de soldaduras, por técnicas ultrasonido son valiosas para la medición del grosor de los miembros estructurales.

Sociedades de clasificación para la prueba de soldaduras

Las sociedades de clasificación especifican un número de ensayos destructivos, que son destinados a ser utilizado por el electrodo inicial y la aprobación del material de soldadura. Estas pruebas se llevan a cabo para determinar si la combinación de electrodos de alambre o de flujo presentado es adecuada para fines de construcción naval en la categoría especificada por el fabricante.

Las pruebas se realizan para electrodos convencionales, electrodos de profunda penetración, de gases y alambre y las combinaciones de flujo y alambre, productos de consumo para electro-escoria y soldadura electro gas y consumibles para la soldadura de un lado con el apoyo temporal.

Pruebas a la tracción, flexión e impacto se llevan a cabo en el metal depositado en la soldadura y muestras soldadas en planchas. Otras pruebas se realizan para la composición del metal depositado en la soldadura y posibles grietas.

Todos los trabajos donde los electrodos, alambre de flujo de gas y las combinaciones de alambre, consumibles para la soldadura por electro-escoria y el electro-gas, y consumibles para soldadura unilateral con el apoyo temporal que se producen, y han sido inicialmente aprobado, están sujetos a una inspección anual.

Práctica y prueba de la soldadura