Proceso
El precalentamiento consiste en calentar la pieza a soldar a una temperatura superior a la ambiente antes o durante la soldadura. Las especificaciones exigen el precalentamiento antes y después de la soldadura. Sin embargo, se pueden utilizar otros métodos en determinadas condiciones. Independientemente de si se requiere o no, el precalentamiento ofrece varias ventajas:
• Reduce las tensiones de contracción en la soldadura y el metal base adyacente, lo que es especialmente aplicable a soldaduras con valores de tensión elevados.
• Disminuir la velocidad de enfriamiento durante el rango de temperatura crítico durante el enfriamiento de la soldadura, evitando un endurecimiento excesivo y reduciendo la ductilidad de la soldadura y la zona afectada por el calor (ZAT).
• Disminuir la velocidad de enfriamiento en el rango de temperatura de 400 °F permite más tiempo para que el hidrógeno escape de la soldadura y del metal base adyacente, evitando el agrietamiento inducido por hidrógeno.
• Eliminar contaminantes.
• La cantidad de precalentamiento no está determinada por el estándar mínimo de la especificación, sino por uno o más de los siguientes métodos:
Tablas de cálculo
A lo largo de la historia, se han utilizado diversas tablas de cálculo de precalentamiento. Muchas de ellas se presentan como reglas de cálculo lineales o circulares y predicen la temperatura de precalentamiento identificando el material y el espesor del metal base.
Equivalente de carbono
El equivalente de carbono (CE) es una forma de determinar si se requiere precalentamiento y en qué medida.
Si CE ≤ 0,45%, el precalentamiento se puede seleccionar arbitrariamente
Si 0,45 =< CE <= 0,60%, el rango de temperatura de precalentamiento es de 200 °F a 400 °F (100 °–200 °C)
Si CE > 0,60 %, el rango de temperatura de precalentamiento es de 400° a 700 °F (200°–350 °C)
Cuando CE > 0,5, considere retrasar el examen no destructivo (END) final durante al menos 24 horas para determinar si se ha producido agrietamiento retardado.
Parámetros de grietas
Cuando el equivalente de carbono es igual o inferior al 0,17 % en peso, o al utilizar aceros de alta resistencia, se puede utilizar el parámetro de detección de grietas de Ito & Bessyo (Pcm). Este método permite predecir con precisión cuándo es necesario precalentar, cuándo forzar el precalentamiento y a qué temperatura. Específicamente.
Si Pcm ≤ 0,15%, precalentar a cualquier temperatura
Si 0,15 % < Pcm < 0,26–0,28 %, precalentar a 200 °F–400 °F (100 °C–200 °C).
Si Pcm > 0,26–0,28 %, precalentar a 200°–350°C (400°–700°F).
Prueba de chispa
La prueba de chispa se ha utilizado durante décadas para estimar el contenido de carbono del acero al carbono. Cuanto mayor sea el contenido de carbono, mejor será la chispa y mayor será el precalentamiento requerido. Este método, si bien no es muy preciso, es sencillo. Permite determinar la temperatura de precalentamiento relativamente alta o baja.
Regla de oro
Otro método menos preciso pero efectivo para seleccionar la temperatura de precalentamiento es calcular el aumento de la temperatura de precalentamiento en 100 °F (50 °C) por cada 10 puntos de contenido de carbono (0,10 % en peso). Por ejemplo, si el contenido de carbono es del 0,25 % en peso, entonces la temperatura de precalentamiento es de 250 °F (125 °C) o al menos comienza en 250 °F (125 °C). Si hay recubrimientos u otros componentes presentes cerca de la soldadura, entonces la temperatura de precalentamiento determinada por la especificación de fabricación original no es apropiada. Sin embargo, si el aporte de calor de la soldadura está cerca del rango máximo permitido por el proceso estándar, el calor transferido a los componentes soldados puede ser equilibrado por el aporte de calor de la soldadura, causando que el metal afectado se caliente al requisito mínimo de precalentamiento o por encima de él para que se pueda aplicar un precalentamiento más relajado por medios externos. Es importante tener en cuenta que aquí se utilizan rangos y conversiones imprecisas (°F a °C). Esto es intencional. El precalentamiento no es una ciencia exacta. En muchos casos, es normal seguir aumentando la temperatura de precalentamiento hasta que se resuelva el problema (por ejemplo, la desaparición de la grieta). Por el contrario, en ciertas aplicaciones específicas, incluso una temperatura de precalentamiento inferior a la recomendada o requerida por la especificación puede lograr el resultado deseado.
Aplicación práctica
También es importante prestar atención a las habilidades prácticas para evitar problemas de ablandamiento del material inducido por el precalentamiento. Seleccione procesos de soldadura y electrodos que introduzcan menos hidrógeno. Ciertas técnicas pueden reducir o minimizar las tensiones residuales. Supervise cuidadosamente el uso correcto del método de precalentamiento. Las siguientes descripciones son importantes para el uso correcto de estas técnicas.
Tamaño y técnicas de ranura de soldadura
Las técnicas utilizadas en el proceso de soldadura tienen un gran impacto en la contracción de la soldadura de la pieza de trabajo, los resultados de tensión residual, el control de la entrada de calor y la prevención de grietas.
Las soldaduras cortas se contraen menos longitudinalmente que las largas. Las tensiones residuales también pueden reducirse mediante soldadura a contramano o secuencias de soldadura especiales.
Controlar o reducir la entrada de calor. Se pueden utilizar soldaduras lineales con pequeñas oscilaciones en lugar de soldaduras con grandes oscilaciones.
Reducir las grietas
Los cráteres de arco y las grietas de soldadura se pueden reducir o eliminar mediante el uso de procesos de fabricación adecuados.
1) Las soldaduras con secciones transversales redondas tienen menos grietas cuando se sueldan en comparación con las soldaduras con secciones transversales delgadas y anchas.
2) Evite arranques o paradas bruscas. La operación de soldadura y su formación se controlan mediante técnicas de soldadura de pendiente ascendente/descendente o mediante métodos eléctricos de la fuente de alimentación.
3) Debe haber suficiente material depositado para evitar el agrietamiento causado por la contracción de la soldadura o la soldadura normal. Una regla general para evitar el agrietamiento debido a un depósito de soldadura insuficiente (y requerida por muchas especificaciones de producción) es depositar al menos 10 mm (3/8 pulg.) o el 25 % del espesor de la ranura de soldadura.
Métodos de precalentamiento
El precalentamiento puede realizarse en el taller o en campo mediante calentamiento por llama (aire-combustible o acetileno), calentamiento por resistencia o calentamiento por inducción eléctrica. Independientemente del método utilizado, el precalentamiento debe ser uniforme y, a menos que se requiera lo contrario, abarcar todo el espesor de la soldadura. La Figura 1 muestra equipos que utilizan calentamiento por resistencia (sin aislamiento, como se aplicará más adelante) e inducción.
Monitoreo de precalentamiento
Se pueden utilizar diversos equipos para medir y monitorear la temperatura. El conjunto o la pieza soldada debe precalentarse para que penetre completamente en el material. De ser posible, se debe comprobar o evaluar el grado de penetración del calor. Generalmente, para la mayoría de las aplicaciones de soldadura, basta con monitorear la temperatura a cierta distancia del borde de la soldadura. Monitorear o leer el valor de temperatura no debe contaminar la ranura de soldadura.
Indicadores de temperatura
Estos bolígrafos o herramientas similares a lápices se funden a una temperatura determinada y permiten determinar de forma fácil y económica la temperatura mínima que debe alcanzarse durante el precalentamiento, es decir, la temperatura a la que se funde el bolígrafo. La desventaja es que no funcionará si la temperatura de la pieza de trabajo es superior a la temperatura de fusión del bolígrafo. Cuando la temperatura de la pieza de trabajo es demasiado alta, se necesitan más bolígrafos con diferentes temperaturas de fusión.
Monitoreo electrónico de temperatura
Para operaciones de precalentamiento y soldadura, también se pueden utilizar dispositivos de medición directa, como pirómetros de contacto o termopares de lectura directa (con lecturas analógicas o digitales). Todos los dispositivos de medición deben estar calibrados o contar con algún método para verificar su capacidad para medir el rango de temperatura. Dado que los termopares pueden monitorizar y almacenar datos continuamente, pueden utilizarse con registradores de curvas o sistemas de adquisición de datos para operaciones de precalentamiento o PWHT. AWS D10.10 proporciona diversos esquemas y ejemplos de colocación de termopares.
Monitoreo “de cosecha propia”
Durante décadas se han utilizado muchos métodos caseros para determinar si la temperatura de precalentamiento es adecuada. Uno de ellos, por supuesto, consiste en rociar saliva o líquido de ahumado directamente sobre la pieza de trabajo. El chasquido de la saliva es el indicador de temperatura. Aunque no es muy preciso, muchos expertos lo utilizan.
Otro método más preciso para determinar la temperatura de precalentamiento es usar un soplete de acetileno. La llama se ajusta a alta carbonización, lo que acumula una capa de hollín en la zona a precalentar. Luego, el soplete se ajusta a humo medio, calentando la zona con hollín. Cuando el hollín desaparece, la temperatura de la superficie puede superar los 200 °C (400 °F).
Asegúrese de que la temperatura de precalentamiento se alcance en todo el espesor de la pieza de trabajo y el área de soldadura. La mayor parte del monitoreo se realiza únicamente en la superficie exterior de la pieza de trabajo. La práctica recomendada de AWS D10.10 proporciona una guía útil para las zonas de remojo y exige que se caliente todo el espesor de la pieza de trabajo al soldar tubería con tubería.
Se debe realizar una vigilancia minuciosa durante el precalentamiento para evitar el sobrecalentamiento del metal base precalentado, especialmente al utilizar métodos de calentamiento por resistencia o inducción. Muchos transportistas exigen ahora la instalación de termopares debajo de cada placa de calentamiento por resistencia o conjunto de bobina de inducción para supervisar y evitar el sobrecalentamiento.
Resumen
Ya sea que se requiera precalentamiento o no, e independientemente del método de precalentamiento utilizado, el precalentamiento proporciona los siguientes beneficios: Reduce las tensiones de contracción en la soldadura y el metal base adyacente, lo que es particularmente beneficioso para las juntas de soldadura altamente restringidas; Disminuye la velocidad de enfriamiento de la pieza de trabajo en el rango crítico de temperatura, evitando el endurecimiento excesivo de la pieza de trabajo y reduciendo el ablandamiento de la soldadura y la ZAT; Disminuye la velocidad de enfriamiento de la pieza de trabajo cuando pasa por el rango de temperatura de 400 °F (200 °C), lo que permite que el hidrógeno tenga más tiempo para difundirse de la soldadura y el metal base adyacente, evitando el agrietamiento inducido por hidrógeno; Elimina la contaminación; Al precalentar, es mejor calentar todo el espesor de la soldadura de manera uniforme a la temperatura de precalentamiento especificada. El calentamiento local excesivo puede causar daños materiales, así que trate de evitarlo.
Hora de publicación: 04-nov-2024