Ensayo de Inspeccion Visual

Instituto Tecnológico de Costa Rica Escuela de Ciencia e Ingeniería en Materiales

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ENSAYO POR INSPECCIÓN VISUAL DE SOLDADURA EN ALUMINIO, ACERO AL CARBONO Y ACERO INOXIDABLE

Steven Castillo Hernández, Juan Ramón Castro Corrales, Gerardo Madrigal Monge

[email protected], [email protected], [email protected]

RESUMEN: En esta práctica se utilizaron once

piezas soldadas de aluminio, acero al carbono y

acero inoxidable. las cuales fueron sometidas a un

ensayo por inspección visual con el fin de

determinar discontinuidades superficiales y valorar

la soldadura con base en los criterios generales de

aceptación del código de la AWS (American

Welding Society) sin adentrarse en la aplicación de

las piezas, ya que unas piezas entrarían en el

código API (American Petroleum Institute). Se

determinó que ciertas piezas incumplen con el

código AWS por los defectos superficiales que

presentan, pero también resalta el diseño como

criterio importante durante la aceptación de la

soldadura.

PALABRAS CLAVE: Soldadura, inspección

visual, discontinuidades, ensayo no destructivo.

ABSTRACT: In this practice eleven pieces

welded aluminum, carbon steel and stainless steel

were used. which were subjected to a trial by visual

inspection to determine surface discontinuities and

evaluate welding based on the general criteria for

acceptance of the code AWS (American Welding

Society) without going into the application of the

parts as some pieces would enter the code API

(American Petroleum Institute). It was determined

that certain parts not comply with the AWS code

exhibiting surface defects, but also stresses the

design as an important criterion for the acceptance

of the weld.

KEY WORDS: Weld, visual inspection,

discontinuities, nondestructive test.

1 INTRODUCCION La inspección visual se toma como el primer

método a realizar de ensayos no destructivos, se

define como principal instrumento, el ojo humano,

que según condiciones de limpieza y luminosidad

establecidas previamente indicarán la presencia de

una discontinuidad o defecto en alguna pieza

examinada.

Dicho método necesita que el inspector a cargo

tenga un ojo entrenado y es necesario como

mínimo 1000 lux para luz visible y 1000 μW/cm²

para luz ultravioleta .También el inspector debe

conocer que la máxima sensibilidad del ojo humano

es aproximadamente 30 cm y una resolución a esa

distancia de 0.1 mm, además el tono que el ojo

humano distingue con mayor capacidad es el que

se ubica en 550 - 560 nm en el espectro solar que

se distingue como color verde.

Este ensayo funciona como base para los demás

ensayos no destructivos ya que muestran una

evaluación inicial del estado de un componente,

estructura, unión mecánica o soldadura entre otros.

Ventajas:

· Método versátil.

· Se efectúa rápidamente.

· Se puede aplicar a cualquier material.

· En ciertos casos es un método

económicamente accesible.

Dicha inspección se efectuará para soldaduras por

lo que es importante definir algunos de los múltiples

conceptos de discontinuidades [4]:


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1) Porosidad: Discontinuidad del tipo de cavidad

formada por gas atrapado durante la

solidificación del metal de soldadura. Se divide a

su vez en cuatro tipos:

a) Porosidad uniformemente dispersa

b) Porosidad agrupada

c) Porosidad alineada

d) Porosidad vermicular o tipo gusanos

Figura 1: Porosidad uniformemente dispersa.

2) Inclusiones: Son sólidos no metálicos o

metálicos atrapados en el metal de soldadura o

entre el metal de soldadura y el metal base.

Pueden encontrarse en soldaduras hechas por

cualquier proceso de arco.

Figura 2: Inclusiones en soldadura.

3) Fusión incompleta: Discontinuidad bidimensional

causada por la falta de unión entre los cordones

de soldadura y el metal base, o entre los cordones

de la soldadura.

Figura 3: Fusión incompleta en la raíz de la

soldadura.

4) Penetración incompleta o falta de penetración:

Ocurre cuando el metal de soldadura no se

extiende a través de todo el espesor de la junta.

Figura 4: Penetración incompleta.

5) Fisuras: Ocurren en el metal base y en el metal

de aporte, cuando las tensiones

localizadas exceden la resistencia última del

material.

Figura 5: Fisuras en la soldadura.

6) Socavado o mordedura: Asociadas

generalmente con técnicas inapropiadas y/o

corrientes excesivas de soldadura. El socavado es

una muesca o canaleta o hendidura ubicada en los

bordes de la soldadura; es un concentrador de

tensiones y además disminuye el espesor de las

planchas o caños, todo lo cual es perjudicial.

Pueden darse en la raíz o en la cara de la

soldadura.

Figura 6 : Socavado en la cara de la soldadura.

7) Concavidad: Se produce cuando el metal de

soldadura en la superficie de la cara externa, o en

la superficie de la raíz interna, posee un nivel que

está por debajo de la superficie adyacente del metal

base.

Figura 7: Concavidad externa.


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8) Traslape (Metal de soldadura apoyado sobre el

metal base sin fundirlo): Es la porción que

sobresale del metal de soldadura más allá del límite

de la soldadura o de su raíz. Se produce un falso

borde de la soldadura, estando el metal de

soldadura apoyado sobre el metal base sin haberlo

fundido (como que se derramó el metal fundido

sobre el metal base).

Figura 8: Traslape en soldadura.

9) Sobremonta excesiva: La sobremonta es un

concentrador de tensiones y, además, un exceso

de ésta aumenta las tensiones residuales,

presentes en cualquier soldadura, debido al aporte

sobrante. Por estos motivos las normas limitan el

valor de R, que en general no debe exceder de 1/8”

(3mm).

Figura 9: Exceso de reforzamiento.

10) Desalineación (“High – Low”): Esta

discontinuidad se da cuando en las uniones

soldadas a tope las superficies que deberían ser

paralelas se presentan desalineados.

Figura 10: Desalineación en una soldadura.

11) Salpicaduras: Son los glóbulos de metal de

aporte transferidos durante la soldadura y

adheridos a la superficie del metal base, o a la zona

fundida ya solidificada.

Figura 11: Salpicadura en la soldadura.

12) Penetración excesiva: En una soldadura simple

desde un solo lado (típicamente soldaduras de

cañerías), esta discontinuidad representa un

exceso de metal aportado en la raíz de la soldadura

que da lugar a descolgaduras de metal fundido.

Figura 12: Penetración excesiva.

13) Rechupes (de cráter): Es la falta de metal de

soldadura resultante de la contracción de la zona

fundida, localizada en la cara de la soldadura.

Figura 13: Cráter en la soldadura.

14) Quemón: Es definida como una porción del

cordón de raíz donde una excesiva penetración ha

causado que el metal de soldadura sea soplado

hacia el interior, o puede que se descuelgue un

excesivo metal fundido. Suele presentarse como

una depresión no alargada, en forma de cráter, en

la raíz.

Figura 14: Quemón.


4

La Sociedad Americana de Soldadura (AWS)

ofrece más de 200 normas de soldadura según

aplicación que se utilizan en todo el mundo en

incontables industrias. Las normas de la AWS son

seguras y obligatorias debido a que son creadas

por comités de profesionales de la soldadura

voluntarios bajo la autoridad de la American

National Standards Institute (ANSI). (American

Welding Society).

2 MATERIALES Y EQUIPO

Endoscopio rígido, flexible. (Fabricante: FLEXILUX Modelo: 650)

Galgas. (Fabricante: G.A.L. gage CO.)

Reglas.

Lijas.

Focos.

Cepillos de alambre.

3 piezas (tubos) de acero inoxidable.

1 pieza de aluminio (tubo de aeronave).

2 piezas (placas) de acero al carbono soldadas a filete

3 piezas (placas) de acero al carbono soldadas a tope.

2 piezas (tubos) de acero al carbono.

3 PROCEDIMIENTO

Asegurar una iluminación de 1000 lux en el área de trabajo.

Limpiar las partes a analizar, utilizar las lijas, cepillos en los casos que sean necesarios con el fin de eliminar corrosión o contaminantes que impidan una visualización clara de las partes.

Utilizar los instrumentos de ayuda para la obtención de resultados satisfactorios y así evitar omitir discontinuidades.

Identificar y anotar discontinuidades y defectos observados en cada elemento.

Utilizar los instrumentos de medición para obtener las dimensiones de las discontinuidades.

Evaluar la pieza paralelamente según el código AWS y según el diseño de la pieza.

Entregar resultados conforme a la evaluación y de ser necesario recomendar otro ensayo a realizar.

Repetir los pasos para cada pieza a analizar.

4 RESULTADOS Tabla 1. Descripción de las piezas y sus

discontinuidades.(Se adjunta la imagen total de la pieza en Anexo)

Pieza Descripción Discontinuidad

1 Tubo de aeronave

Socavado

2 Tubo de acero

inoxidable (codo) Concavidad, High - Low

3 Tubo de acero

inoxidable (en T)

Porosidad, Concavidad,

Cordón irregular, Oxidación por alta

temperatura

4

Tubo de acero inoxidable (Soldado

automático)

-----------

5 Placa de acero al carbono soldada

a tope

Salpicadura, Inclusiones.

Falta de fusión, Falta de

penetración


a tope

Socavado, Descuelgues,

Falta de penetración


a tope

Socavado, Porosidad,

Grieta, Sobremonta,

Falta de penetración

8 Tubo de acero al

carbono

Descuelgues, Socavado, Falta de

penetración

9 Tubo de acero al

carbono

Sobremonta, Cráter,

Descuelgues


a filete

Socavado, Cordón irregular,

Deformación térmica


a filete

Inclusiones, Sobremonta, Deformación

térmica


5

Figura 15: Socavado en pieza 1.

Figura 16: Concavidad en pieza 2.

Figura 17: High - Low en pieza 2.

Figura 18: Cordón irregular en pieza 3.

Figura 19: Porosidad en pieza 3.

Figura 20: Falta de fusión en pieza 5.

Figura 21: Cordón irregular en pieza 5.



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Figura 23: Sobremonta en pieza 7.

Figura 24: Grieta transversal en pieza 7.

Figura 25: Falta de penetración en pieza 8.


Figura 27: Cráter en pieza 9.

Figura 28: Descuelgues en pieza 9.

Figura 29: Deformación térmica en pieza 10.

Figura 30: Sobremonta en pieza 11.


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5 ANÁLISIS DE RESULTADOS La pieza 1 de aluminio presenta en el cordón de soldadura un socavado tal y como se aprecia en la figura 15. No se observan más discontinuidades en la pieza, el cordón de soldadura no tiene problemas con el exceso de reforzamiento y se aprecia muy regular. En este caso se considerada el socavado como una discontinuidad ya que no incumple el código establecido por la AWS en el libro de examinación visual en cuanto a la profundidad del mismo y además cumple con el requisito de diseño ya que la pieza pertenece al sistema de aire acondicionado de una aeronave y no es una pieza critica que podría causar fatalidades. La pieza 2 presenta en el cordón de soldadura externo una concavidad muy pronunciada como se puede visualizar en la figura 16, y se toma como defecto toda soldadura que presente concavidad según el código de la AWS. Además, el análisis de la estructura interna de la pieza presenta un High-Low, la cual corresponde a un desalineamiento de los tubos a conectar por la soldadura como se muestra en la figura 17. Sin embargo, se indica que siempre existe cierto grado de desalineamiento y que el presentado por la pieza 2 es aceptable dentro del parámetro, ya que no se cuenta con el instrumento adecuado para su medición. La pieza 3 presenta una irregularidad en el cordón como se muestra en la figura 18. En la figura 19 se aprecia ciertas manchas por ácido muriático el cual se asume que se utilizó para la limpieza de la pieza en esta figura también es observable la porosidad de la soldadura. En la parte interna de la soldadura presenta elevada corrosión, lo que puede ser a causa de la ausencia de cromo debido a que este sale de la aleación por alta temperatura. La pieza 4 no presenta discontinuidades en la soldadura debido a que fue soldada automáticamente. La pieza 5 presenta falta de penetración, falta de fusión, cordón irregular, salpicadura y escoria atrapada entre los más visible. Esta pieza está muy mal como se puede apreciar en las figuras 20 y 21. En cuanto a la pieza 6 corresponde, esta tiene una sobremonta de 2mm como se aprecia en la figura 23 y lo menciona la tabla 1, que cumple con el máximo permisible según el código AWS [2]. La pieza presenta socavado, y en la parte interna se aprecia una falta de penetración por zonas.

En la figura 23 y 24 se aprecia las discontinuidades de la pieza 7, entre ellos están el esfuerzo de reforzamiento o sobremonta, porosidad, socavado, descuelgues, y también se percibe una grieta transversal que podría ser por la acumulación de tensiones en la sobremonta. Además de la grieta, el reforzamiento excede lo indicado en el código mencionado anteriormente, por lo cual la pieza se rechazaría. La pieza 8 muestra socavado e irregularidad de penetración, descuelgues, entre otros, como se observa en las figuras 25 y 26. Las discontinuidades más visibles en la pieza 9 son el cráter mostrado en la figura 27, los descuelgues mostrados en la figura 28, pero además presenta socavado, pero en general la pieza se considera como aceptable según el código antes mencionado. La pieza 10 presenta deformación térmica, visible en la figura 29, ya que la soldadura no está en un ángulo de 90, el cordón presenta cierta irregularidad pero está acorde con la galga que se utilizó para medir la soldadura. Al igual que la pieza 10 la pieza 11 presenta un cordón irregular además de la deformación térmica que también está presente, en esta pieza existe una convexidad excesiva medida con la galga visible parcialmente en la figura 30. En general se desconoce el diseño de las piezas, pero este parámetro es esencial para la evaluación, en cuanto la discontinuidad no afecte el propósito de la pieza esta seguirá siendo una discontinuidad.

6 CONCLUSIONES

La iluminación es un factor importante a la

hora de identificar discontinuidades en las

piezas.

El calor proveniente del proceso de

soldadura afecta el material base de forma

negativa y es observable a simple vista.

El ensayo por inspección visual es

primordial para identificar

discontinuidades y para escoger otro

ensayo en caso de ser necesario.


8

Se debe inspeccionar la parte interna de

las piezas para identificar

discontinuidades ocultas.

El diseño se debe considerar como un

criterio de evaluación durante los ensayos

de inspección.

7 REFERENCIAS

[1] AWS (2000). Guide for the Visual

Inspection of Welds: AWS B1.11. An

American National Standard.

[2] AWS. Examination Book of

Specifications: Part B. Welding Inspector

Examination.

[3] Conejo Solís, M. & Jiménez Salas, R.

(2004). Laboratorio de tecnología de

materiales (Manual de Prácticas).

Instituto Tecnológico de Costa Rica,

Cartago, Costa Rica.

[4] Echevarria R.(2002).Laboratorio de

ensayos no destructivos (Defectologia)

Universidad Nacional del Comahue. Neuquén, Argentina.

[5] Vega A.(2012).Ingeniería de la soldadura.

Universidad Tecnológica de Panamá.

Ciudad de Panamá, Panamá.


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8 ANEXO

Figura 31: Pieza 1.

Figura 32: Pieza 2.

Figura 33: Pieza 3.

Figura 34: Pieza 4.

Figura 35: Pieza 5.

Figura 36: Pieza 6.

Figura 37: Pieza 7.

Figura 38: Pieza 8.


10

Figura 39: Pieza 9.

Figura 40: Pieza 10.

Figura 41: Pieza 11.

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