Cmo Evaluar Defectos en Soldaduras

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ACEROS PARA TUBERAStLas tuberas estn formadas por secciones de acero para tubera soldadas. tEl acero para tubera se trae de la fbrica hasta el sitio de trabajo en secciones de aproximadamente 10 m de longitud. tLas secciones de acero para tubera son manufacturadas de acuerdo a un estndar (por ej. API 5L), y son de acero de bajo carbono. tEl acero para tuberas puede ser: t Sin costuras, es decir, que no tiene soldadura - El tubo sin costuras tiende a ser de un dimetro menor ( 0, Light and Frank, 1993 6mm, R = -1, Maddox and Branco, 1998 Unbroken

BS Class D/HSE 1.0P Class E/1.14P Class F2/1.52P

30

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Endurance, cycles Resistencia, ciclos

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SOLDADURA CIRCUNFERENCIAL DISEO DE FATIGA Gua*

Clase Diseo D E F F2 G +*-

Lmite de aceptacin de defecto + Porosidad , % area en Longitud de inclusin de Socavacin (undercut) (profundidad/w.t.),* escoria, mm radiografa 3 2,5 0,025 3 4 0,05 5 10 0,075 5 35 0,1 5 Sin lmite 0,1 Tamao del poro del gas individual menor que el mnimo entre t/4 y 6mm Profundidad mxima permitida = 1mm

*K McDonald, S Maddox, P Haagensen, Guidance For Fatigue Design and Assessment of Pipeline Girth Welds, 20th Int Conf on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, Junio 2001, Rio de Janeiro, Brazil, OMAE01/MAT-3331.

Caracterstica de diseo Dimensiones de la tubera Espesor de pared Resistencia del acero Proceso de soldadura Tolerancias de fabricacin

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Condiciones en servicio

Criterios lmite 8in. a 45in. (200 a 1125mm) Dimetro Exterior 6,50mm Hasta API 5L grado X70 todos e = 0,15 t hasta 4 mm mximo desalineamiento axial (compensacin de espesor medio de pared) t = espesor de pared donde e = compensacin, Falla de fatiga de raz en el aire, o de cubierta (superficie externa del tubo) en agua del mar con CP

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SOLDADURA CIRCUNFERENCIAL DISEO DE FATIGA Gua*

La gua propuesta es la siguiente:300

km es = 1+(3(e/t)exp[-(D/t)0 .5 ]) D = dimetro, t = espesor Para las curvas es t16, el rando de esfuerzo obtenido de la curva S-N debe multiplicarse por (16/t)0.15 e es desalineamiento

Sea-water + cathodic protection (SW + CP)2 Rango de Esfuerzos, N/mm2 Stress range, N/mm200 Fatigue crack site and weld type a Cap, single or double-sided , emax = 0.15t or 4mm a Root, double-sided , emax = 0.15t or 4mm a Root, single-sided , emax = 0.15t or 4mm b Cap, double-sided , e/tmax = 0.1 b Root, double-sided , e/tmax = 0.1 b Root, single-sided , e/tmax = 0.1a

100

Class D /1.00P, SW+CP D/1.00P air E /1.14P F /1.34P SW+CP F/1.34P air F2/1.52P

km from Equ. [5];

b

km = 1.0.

Design S-N curves of m the form S .N = constant:50

Class D /1.00P D/1.00P SW+CP D/1.00P SW+CP E /1.14P F /1.34P F/1.34P SW+CP F/1.34P SW+CP F2/1.52P 105

m 3 3 5 3 3 3 5 3

Constant 12 1.52 x 10 11 6 6.08 x 10 , N < 1.026 x 10 15 6 4.34 x 10 , N > 1.026 x 10 12 1.04 x 10 11 6.33 x 10 11 6 2.53 x 10 , N < 1.026 x 10 14 6 1.00 x 10 , N > 1.026 x 10 11 4.31 x 106 7

Clas sD /1.00 Clas P s E/ 1.14 Clas P s F/ 1.34 Clas P sF 2 /1.52 P

20

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10

10

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*K McDonald, S Maddox, P Haagensen, Guidance For Fatigue Design and Assessment of Pipeline Girth Welds, 20th Int Conf on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, June 2001, Rio de Janeiro, Brazil, OMAE01/MAT-3331.

Endurance, cycles Resistencia, ciclos

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37R2003/1

PICADURAS DEL ELECTRODO

Las picaduras/quemaduras del electrodo son fundiciones localizadas del tubo, que por lo general ocasionan: Una pequea depresin en la pared de tubo, Un rea de dureza local El endurecimiento de la capa puede aumentar la vulnerabilidad al agrietamiento ambiental.

Y posibles grietas pequeas

Las normas de soldadura exigen que se remuevan las picaduras/quemaduras del electrodo No se consideran como un problema:

No causan fallas durante el servicio* El rea endurecida/agrietada es muy pequea e insignificante

Pero limarlas (o pulirlas) es una buena prctica. Asegrese de que el espesor de pared local no se reduzca por debajo del mnimo especificado.*Hay en los registros una falla vieja, que se piensa fue causada por agrietamiento por hidrgeno en la regin de dureza alta. Ver R J Eiber et al, NG-18 Research Types of Defects, Research Report para PRC de AGA, Abril 1968

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SOLDADURAS CIRCUNFERENCIALES INFORMACIN ADICIONAL

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39R2003/1

SOLDADURAS CIRCUNFERENCIALES EN TUBERAS Grado del tubotAl soldar grados de acero de ms de X65, el procedimiento normal es utilizar un proceso manual, como el proceso SMAW (soldadura elctrica al arco con metal recubierto), con electrodos celulsicos que se desplazan en direccin vertical descendente. tLos aceros de tuberas de mayor resistencia, en particular los de grado X100, no pueden soldarse en su totalidad utilizando electrodos celulsicos ya que las grandes cantidades de hidrgeno que generan estos consumibles durante el proceso de soldadura pueden ocasionar fisuras por hidrgeno en el metal soldado de alta resistencia. tPor consiguiente, se debe cambiar a un consumible de bajo hidrgeno para soldadura SMAW, o se puede cambiar de proceso y utilizar la soldadura de metal al arco con gas activo (GMAW) o la soldadura al arco con varilla de ncleo fundente (FCAW).

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40R2003/1

SOLDADURA CIRCUNFERENCIAL EN TUBERAS Direccin y calentamientotSoldadura descendente tLa soldadura descendente con electrodos celulsicos y de bajo hidrgeno se aplica debido al gran rendimiento de la soldadura al usar alta corriente y velocidades de soldaduras altas. La soldadura descendente se puede aplicar en todos los pases. Este mtodo es el ms apropiado para soldaduras de dimetros grandes (ms de 254mm) tSoldadura ascendente tLa soldadura ascendente es de menor rendimiento debido a la corriente baja y a la baja velocidad de soldadura, pero la calidad de la soldadura es mucho mejor que la de la soldura descendente. tPrecalentamiento tPor lo general, no es necesario precalentar los tubos de acero para tuberas (de bajo contenido de carbono). tEs necesario prevenir el endurecimiento de la zona afectada por el calor y el agrietamiento en tuberas de mayor espesor, en tuberas de acero de alta resistencia a la tensin, y en tuberas de acero de aleacin baja. tTratamiento trmico posterior a la soldadura (PWHT) tPor lo general no es necesario aplicar este tipo de tratamiento trmico a tubos y tuberas, a menos que (ver ASME B31.8): El acero tenga un contenido de carbn> 0.32%, o Carbon equivalente de 0.65%, o Espesor >1.25 Penspen Group Ltd 41R2003/1

SOLDADURA CIRCUNFERENCIAL - ElectrodostElectrodo celulsicotLa velocidad de la soldadura para el pase de la raz del electrodo celulsico es de 20 a 50 cm/min, la cual es una velocidad alta en comparacin con otros tipos de electrodos. tSin embargo, el contenido de hidrgeno que se puede liberar es de 30 a 40 cc/100g y mayor que en otros tipos de electrodos. tEn consecuencia necesitamos suficiente control del precalentamiento y de la temperatura entre pases para prevenir las grietas de soldadura si se est aplicando a tuberas de alta resistencia a la tensin y si se est soldando en regiones muy fras.

tElectrodo de bajo hidrgenotEn este tipo, la velocidad de la soldadura para el pase de raz es de 15 a 35 cm/min, lo cual es ligeramente menor que el de tipo celulsico. tSin embargo, la velocidad de deposicin del electrodo de bajo hidrgeno es igual o mayor que el del tipo celulsico. tEste mtodo tiene buena resistencia a las grietas y alto rendimiento.

tLos consumibles para la soldadura elctrica al arco (SMA, o soldadura al arco manual) tienen una clasificacin de la Sociedad Americana de Soldadura (AWS) tPor ejemplo, E6010 o E7018-A2 :tE solo significa electrodo, tlos primeros dos dgitos (o tres en el caso de especificaciones de cinco dgitos) describen la UTS del material soldado en ksi, tel tercer dgito describe las posibles posiciones al soldar - 1 es en todas las posiciones y 2 es solo en posicin plana y horizontal, tel cuarto dgito describe algo acerca de la composicin del revestimiento y su efecto en las caractersticas al soldar.

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42R2003/1

SOLDADURA CIRCUNFERENCIAL EN TUBERASLa soldadura circunferencial en tuberas contendr esfuerzos residuales. Estos son esfuerzos que se crean durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de la soldadura. Estos esfuerzos se pueden incrementar por medio del incremento en el tamao o el espesor de las soldaduras. Se pueden reducir mediante el tratamiento trmico posterior a la soldadura (PWHT) La soldadura circunferencial en tuberas no tiene el tratamiento trmico posterior a la soldadura PWHT ya que por lo general tienen paredes delgadas. Se acostumbra asumir un nivel de esfuerzos residuales de resistencia a la fluencia en una soldadura que no ha tenido el tratamiento PWHT. En soldaduras circunferenciales de una sola cara, se ha demostrado que los esfuerzos residuales en la raz disminuyen y pueden volverse compresivos cuando hay un incremento del espesor superior a los 25mm*. Penspen Group Ltd*K McDonald, S Maddox, P Haagensen, Guidance For Fatigue Design and Assessment of Pipeline Girth Welds, 20th Int Conf on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, June 2001, Rio de Janeiro, Brazil, OMAE01/MAT-3331.

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