Introducción

 

A continuación se abordará la preparación e instalación de accesorios en acero al carbón para soldar a tope en sistemas de tuberías de proceso, siguiendo las normativas ASME B16.25 y B31.3. Están fabricados en acero al carbón A105 y generalmente son sin costura. Un accesorio para tubería se define como un componente que mediante su estructura geométrica permite la manipulación del fluido contenido por el sistema modificando dirección, velocidad o caudal. Los accesorios para soldar a tope poseen una geometría característica que en la posición final mantienen un espacio vacío entre los componentes que luego es rellenado durante el proceso de soldadura con el material de aporte.

 

Cumplen las normas de diseño ANSI/ASME B16.9 con extremos biselados. Disponibles en Schedule 40, Schedule 80, Schedule 160. Su uso es general en infinidad de aplicaciones como por ejemplo instalaciones hidráulicas y transporte de fluidos como agua, aire, vapor, aceites industriales, gases y lubricantes.

Los accesorios en acero al carbón soldar se encuentran disponibles en medidas de pulgadas. Por lo general, en el mercado se manejan medidas desde 1/2" hasta 24”.

 

¿Qué accesorios en acero al carbón tipo soldar se comercializan en el mercado?

Los accesorios en acero al carbón soldables varían muchas formas y tamaños, a continuación, relacionamos los más usados en las diferentes industrias.

• Codo a 90° SCH40
• Codo a 90° SCH80
• Codo a 45° o Semicodos SCH40
• Codo a 45° o Semicodos SCH80
• Reducciones Concéntricas SCH40
• Reducciones Concéntricas SCH80
• Reducciones Excéntricas SCH40
• Cap´s o Tapones Hembras SCH40
• Tee´s SCH40

Nomenclatura accesorios soldar a tope

Los accesorios de acero al carbono para soldar a tope, tienen grabado en su cuerpo la información necesaria para su identificación y trazabilidad. Según el fabricante puede variar la información pero manteniendo puntos clave como las dimensiones del elemento, el calibre del material, el tipo de material, usos para los que es diseñado el elemento y lote de producción.

 

FAB 2 ½” X 2” SCH40 A234 WPB 4105

Donde:

• FAB es el fabricante
• 2 ½” x 2” son las dimensiones
• SCH40 es el calibre
• A234 es el material
• WPB son los usos para los que el elemento es diseñado (W- weld, P-Pressure, B - grado del material)
• 4105 Lote de producción según el fabricante.

 

Preparación para la soldadura

Limpieza

Las superficies interiores y exteriores que se unirán mediante soldadura deberán estar limpias libres de pintura, suciedad, herrumbre, incrustaciones o material ajeno que pudiera causar daño a la soldadura o al metal base durante la aplicación del calor.

 

Preparación final

Para soldaduras circunferenciales se recomienda realizar una limpieza y emparejamiento del perfil de unión sin perjudicar la geometría diseñada por el fabricante, los accesorios fabricados bajo la normativa ASME B16.9 se pueden cortar para producir una junta angular para su unión a un tubo o a otros accesorios soldados a tope, sin necesidad de estar sujetos a calificaciones de diseño.

 

Un esquemático típico para la preparación de extremos de soldadura a tope con anillo de soporte sería:

Un esquemático típico para la preparación de extremos a soldadura a tope sin anillo de soporte sería:

Donde la separación entre los elementos no deberá superar los 3/16” +/- ⅞”,así mismo, se admiten algunos desalineamientos en la instalación como los expuestos en la siguiente figura.

Soldadura de pasada de raíz - soldadura de raíz

Cuando un soldador realiza un proceso de soldadura de un accesorio para soldar a tope el primer paso a realizar es la soldadura de raíz. Mediante este procedimiento el operario realiza la primera pasada de soldadura en el contorno circular de unión entre el accesorio y la tubería, una soldadura de raíz bien ejecutada tendrá el siguiente aspecto en sección transversal

Durante la realización de la soldadura de raíz no hay ningún elemento que soporte el material de aporte líquido además de los perfiles a unir por parte de la tubería y por parte del accesorio. Cuando el espacio entre estos elementos es mayor al deseado puede producirse concavidad en el cordón de soldadura o en caso extremo goteo del material de aporte dejando un hoyo en el cordón de soldadura.

Por el contrario, cuando el espacio entre los perfiles a unir es demasiado pequeño se puede producir una penetración incompleta de la soldadura imposibilitando la fusión entre los elementos y el material de aporte. La penetración incompleta se considera un serio defecto de soldadura.

Para una buena ejecución de la soldadura el operario debe controlar la alimentación del aporte, la corriente del arco, el movimiento y velocidad del electrodo, adicional a la correcta ubicación de los elementos a soldar.

Anillos de apoyo

Una práctica conocida para facilitar la realización de la soldadura de raíz, es la utilización de anillos de soporte.  Estos son anillos que pueden ser de material refractario o metálico cuya función es fungir como plantilla y/o superficie de fondo para facilitar la ubicación de los elementos a unir y disminuir la probabilidad de aparición de defectos, hoyos o concavidades en la soldadura.

Con el uso de anillos de soporte se busca asegurar una buena calidad, alineación y penetración de la soldadura de raíz.

 

Sin embargo, los anillos de apoyo no son un bien universal. Con un control adecuado de la química del agua y del caudal de agua, los anillos de apoyo se han utilizado con éxito en servicios de vapor y agua con miles de soldaduras. A veces hay objeciones a su uso en otros servicios:

• Un anillo de apoyo se extiende en el flujo de fluido y puede causar turbulencia excesiva; los anillos de apoyo comerciales tienen una superficie convexa lisa en el interior para minimizar esto.

 

• Hay un espacio entre el anillo de apoyo y la pared de la tubería que puede ser un lugar de corrosión acelerada cuando se utiliza en acero inoxidable y materiales similares de alta aleación, por lo que los anillos de apoyo casi nunca se utilizan en el servicio de agua cuando se especifican estos materiales.

 

• El espacio entre el anillo de refuerzo y la pared de la tubería puede atrapar suciedad, bacterias u otros contaminantes que pueden afectar al producto dentro de la tubería.

 

• El espacio puede atrapar escoria que puede dar lugar a un rechazo si se radiografía la junta.

 

Sólo el ingeniero que conoce las necesidades de servicio puede determinar si un anillo de refuerzo es adecuado para las condiciones de servicio.

 

Diseño del bisel para soldadura

La siguiente figura delimita la envolvente máxima en la que transiciones desde el bisel de soldadura a la superficie exterior del componente y de la cara raíz a la superficie del componente. Salvo lo especificación explícita, y salvo especificación en contrario del comprador, el contorno exacto dentro de esta envolvente es a elección del fabricante, siempre que mantenga el espesor de pared mínimo especificado, no tenga pendientes superiores a las indicadas para las respectivas regiones e incluya la superficie adecuada para los anillos de refuerzo si son necesarios especificado.

Bisel para soldadura diferentes a Gtaw root pass

Para componentes con espesor de pared nominal de 3 mm y menos, el punto de unión deberá ser de geometría cuadrada o con un ligero chaflán.

 

Para componentes con espesor nominal entre 3 mm - 22 mm, el bisel del elemento será de ángulo simple.

 

Para componentes con espesor nominal mayores a 22 mm, el bisel se diseña con ángulo compuesto.

 

Bisel para soldadura Gtaw root pass

Los componentes con espesores de pared nominales de 3 mm (0,12 pulg.) o menos tendrán los extremos cortados a escuadra o ligeramente biselados.

 

Los componentes con espesores de pared nominales superiores a 3 mm (0,12 pulg.) a 10 mm (0,38 pulg.) inclusive tendrán 371∕2-deg ± 21∕2-deg biseles o biseles ligeramente cóncavos.

Los componentes con espesores de pared nominales superiores a 10 mm (0,38 pulg.) a 25 mm (1,0 pulg.) inclusive tendrán biseles.

Los componentes con espesores de pared nominales superiores a 25 mm (1,0 pulg.) deberán tener biseles como se muestra en la figura 6.

Determinación de la dimensión B

Los valores para el diámetro interior en la junta soldada a tope deberán ser los especificados en el estándar B16.9.

Determinación de la dimensión C

Para la determinación de la dimensión C se tiene:

 

En el sistema internacional

Donde:

• A es el diámetro exterior en el extremo soldado a tope
• ED_tolerancia es la subtolerancia del diámetro exterior de la tubería según norma
• t_min es el espesor t menos la tolerancia del fabricante para el espesor de pared según norma
• t es el espesor de pared nominal de la tubería
• 25 es un adicional de tolerancia al maquinado.

Determinación de la dimensión A

Para la dimensión A, de no especificarse lo contrario, las tolerancias serán:

Espesor de pared

El espesor máximo en el extremo del componente es

(a) el mayor de tmin + 4 mm (0,16 pulg.) o 1,15tmin Cuando se pida a partir de una pared mínima.

(b) mayor de tmin + 4 mm (0,16 pulg.) o 1,10 veces el el espesor nominal de la pared en caso de pedido de la pared nominal. Véase ASME B36.10M y ASME B36.19M para una tabulación de espesores nominales de pared.

 

El espesor mínimo, tmin, será el especificado en la norma o especificación aplicable al componente.

 

La información aqui consignada se rige por la normativa ASME 16.9 (Factory-made wrought buttwelding fittings) y la normativa ASME B31.3 (Process Piping).

 

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