Métodos de unión de tuberías de polietileno (PE) para instalaciones
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Vencimiento consulta pública: 2008.05.16 PROYECTO DE NORMA EN CONSULTA PUBLICA NCh3152.c2008 Métodos de unión de tuberías de polietileno (PE) para instalaciones sanitarias - Termofusión, electrofusión, mecánico Preámbulo El Instituto Nacional de Normalización, INN, es el organismo que tiene a su cargo el estudio y preparación de las normas técnicas a nivel nacional. Es miembro de la INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISION PANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esos organismos. Este proyecto de norma se estudió a través del Comité Tubos Plásticos, para establecer los principios generales del procedimiento utilizado en la ejecución de las uniones por termofusión, electrofusión o mecánico, usando tuberías PE 80 y PE 100 (NCh398/1 y NCh2749/1) para construir sistemas destinados a ser usados en las instalaciones de agua. Por no existir Norma Internacional, en la elaboración de esta norma se han tomado en consideración: - Proyecto de norma ISO/DIS 21307:2006 Plastics pipes and fittings - Butt fusion jointing procedures for polyethylene (PE) pipes and fittings used in the construction of gas and water distribution systems; - Reporte técnico ISO/TR 19480:2005 Polyethylene pipes and fittings for the supply of gaseous fuels or water - Training and assessment of fusion operators; - Especificación técnica ISO/TS 10839:2000 Polyethylene pipes and fittings for the supply of gaseous fuels - Code of practice for design, handling and installation; - Norma española UNE - EN 13067:2003 Personal de soldeo de materiales plásticos Ensayos de cualificación de soldadores - Conjuntos de accesorios termoplásticos con uniones soldadas; I NCh3152 - Documentos técnicos de proveedores de equipos para fusión; y - Documentos técnicos de The Welding Institute y American Welding Society. El proyecto de norma NCh3152 ha sido preparado por la División de Normas del Instituto Nacional de Normalización. Los Anexos D y E forman parte del proyecto de norma. Los Anexos A, B y C no forman parte del proyecto de norma, se insertan sólo a título informativo. II NCh3152 Contenido Página Preámbulo I 1 Alcance y campo de aplicación 1 2 Referencias normativas 1 3 Términos y definiciones 2 4 Tuberías y accesorios, equipos y herramientas 4 4.1 Tuberías y accesorios 4 4.2 Equipos de soldeo 4 4.3 Herramientas 7 5 Soldadores de termoplásticos o fusionistas 7 6 Unión por termofusión 8 6.1 Procedimiento de unión por inserción (socket fusion) 8 6.2 Procedimiento de unión por fusión a tope (butt fusion) 10 7 Unión por electrofusión 13 7.1 Principio 13 7.2 Corte del extremo de la tubería 14 7.3 Limpieza de extremos de tubería 14 7.4 Posicionamiento de la tubería 14 7.5 Unión 15 III NCh3152 Contenido Página 8 Procedimiento de unión mecánica 15 8.1 Principio 15 8.2 Corte del extremo de la tubería 15 8.3 Marcado de profundidad 15 8.4 Inserción de la tubería 16 8.5 Apriete de tornillos o unión 16 9 Ensayos de verificación 16 9.1 Examen visual de la unión 16 9.2 Ensayos no destructivos (END) 17 9.3 Ensayos destructivos 17 9.4 Ensayo de presión 17 Anexos Anexo A (informativo) Especificación de procedimiento de soldeo (WPS) 18 Anexo B (informativo) Ensayos para evaluación práctica 19 B.1 Resistencia a la tracción de la unión 19 B.2 Ensayo de doblado de probeta de unión 20 Anexo C (informativo) Ejemplo de ciclo de fusión para procedimiento de soldeo por unión a tope IV 21 NCh3152 Contenido Página Anexo D (informativo) Inspección visual unión a tope 22 D.1 Simetría del cordón 22 D.2 Alineación de las partes soldadas 23 D.3 Ancho del cordón 23 Anexo E (normativo) Inspección visual unión por electrofusión 24 E.1 Alineación de las partes soldadas 24 E.2 Inserción 24 E.3 Material fundido 25 E.4 Testigos de fusión 26 Figuras Figura 1 Esquema del equipo para unión por inserción 5 Figura 2 Equipo para fusión a tope 6 Figura 3 Calentamiento de extremo de tubería y de accesorio (socket fusion) 10 Figura 4 Procedimiento de unión por fusión a tope 13 Figura B.1 Esquema de probeta para ensayo de tracción 19 Figura B.2 Esquema de ensayo de doblado 20 Figura C.1 Ejemplo de ciclo de fusión 21 Figura D.1 Simetría del cordón 22 Figura D.2 Alineamiento de las partes soldadas 23 V NCh3152 Contenido Página Figura E.1 Marcas de inserción 24 Figura E.2 Material fundido 25 Figura E.3 Testigos de fusión 26 Tablas Tabla C.1 Parámetros del ciclo de fusión (ver Figura C.1) VI 21 Vencimiento consulta pública: 2008.05.16 PROYECTO DE NORMA EN CONSULTA PUBLICA NCh3152.c2008 Métodos de unión de tuberías de polietileno (PE) para instalaciones sanitarias - Termofusión, electrofusión, mecánico 1 Alcance y campo de aplicación 1.1 Esta norma establece los principios generales del procedimiento utilizado en la ejecución de las uniones por termofusión, electrofusión y mecánicas, para construir sistemas destinados a ser usados en las instalaciones sanitarias. 1.2 Esta norma se aplica a las uniones que utilizan tuberías PE 80 y PE 100, que cumplen con NCh398/1 o NCh2749/1 y accesorios de unión que cumplen con NCh398/2 o con NCh398/3, según corresponda. 1.3 Esta norma se refiere a los procedimientos de unión a tope, de unión mediante accesorios de inserción y de uniones mecánicas. 2 Referencias normativas Los documentos referenciados siguientes son indispensables para la aplicación de esta norma. Para referencias con fechas, sólo se aplica la edición citada. Para referencias sin fecha se aplica la última edición del documento referenciado (incluyendo cualquier enmienda). NCh398/1 NCh398/2 NCh398/3 Tuberías y accesorios de polietileno (PE) para agua potable - Requisitos - Parte 1: Tuberías. Tuberías y accesorios de polietileno (PE) para agua potable - Requisitos - Parte 2: Accesorios. Tuberías y accesorios de polietileno (PE) para agua potable - Requisitos - Parte 3: Unión mecánica. 1 NCh3152 NCh814 Tubos de material plástico - Resistencia a la presión hidrostática interior. NCh2749/1 Tuberías y accesorios de polietileno (PE) para alcantarillado Requisitos - Parte 1: Tuberías. ISO 12176/1 Equipment for fusion jointing of PE systems - Part 1: Butt fusion. ISO 12176/2 Equipment for fusion jointing of PE systems - Part 2: Electrofusion. ISO 13953 Polyethylene (PE) pipes and fittings - Determination of the tensile strength and failure mode of test pieces from a butt fussed joint. ISO TR 19480 Polyethylene pipes and fittings for the supply of gaseous fuels or water Training and assessment of fusion operators. 1) Testing of welded joints of thermoplastics semi-finished products EN 12814/2 Part 2: Tensile test. Testing of welded joints of thermoplastics semi-finished products EN 12814/81) Part 8: Requirements. Personal de soldeo de materiales plásticos - Ensayos de cualificación EN 130671) de soldadores - Conjuntos de accesorios termoplásticos con uniones soldadas. UNE EN 13100-1 Ensayo no destructivos de las uniones soldadas en productos termoplásticos semi-acabados. UNE EN 13100-2 Ensayos no destructivos de las uniones soldadas en productos termoplásticos semi-acabados - Parte 2: Ensayo radiográfico mediante rayos X. UNE EN 13100-3 Ensayos no destructivos de las uniones soldadas en productos termoplásticos semi-acabados - Parte 3: Ensayo de ultrasonidos. ASTM D 2657 Standard Practice for Heat Fusion Joining of Polyolefin Pipe and Fittings Standard Practice for Heat Fusion Joining of Polyolefin Pipe and Fittings. AWS B2.4 Specification for Welding Procedure and Performance Qualification for Thermoplastics. 3 Términos y definiciones Para los propósitos de esta norma, se aplican los términos y definiciones indicados en normas de cláusula 2 Referencias normativas y adicionalmente los siguientes: 3.1 presión de interfaz: presión ejercida en la placa calefactor por el extremo de la tubería o de un accesorio durante el precalentamiento, durante la unión y el enfriamiento. Esta presión y las dimensiones de la tubería se utilizan para calcular las presiones de operación, que se registrarán en el equipo para realizar la unión 3.2 presión de arrastre: presión necesaria para superar, en determinado equipo, las fuerzas de fricción entre la máquina y la tubería cuando ésta se desplaza para el proceso 3.3 presión inicial: presión ejercida en la placa caliente por el extremo de la tubería o de un accesorio durante la etapa de formación del cordón o rodón 1) 2 Mientras no exista la norma chilena correspondiente, se debe usar esta norma. NCh3152 3.4 presión de calentamiento: presión necesaria, en determinado equipo, para mantener el extremo de la tubería o del accesorio en contacto con la placa caliente 3.5 presión de fusión: presión ejercida en la tubería o en el extremo del accesorio durante la unión 3.6 temperatura de la placa calefactor: temperatura medida en la superficie de la placa caliente donde la sección transversal de la tubería o del accesorio hacen contacto 3.7 tiempo de calentamiento: tiempo durante el cual la placa caliente está en contacto con el extremo de la tubería o del accesorio a la presión de calentamiento 3.8 tiempo de remoción de la placa caliente: tiempo que toma la separación de la tubería o el extremo del accesorio de la placa caliente 3.9 tiempo de enfriamiento de equipo: período de tiempo que la unión debe permanecer bajo presión, en el equipo 3.10 tiempo de enfriamiento fuera de máquina: período de tiempo que la unión debe permanecer en enfriamiento una vez que se ha retirado del equipo 3.11 tiempo inicial: tiempo que toma generar un cordón continuo alrededor de la circunferencia del extremo de la tubería o del accesorio 3.12 accesorios: piezas de unión necesarias para complementar el sistema de tuberías, tales como curvas, tees, coplas y similares 3.13 termofusión: procedimiento de soldadura de tuberías o accesorios utilizando energía térmica para lograr la fusión del material 3.14 soldeo por placa calefactor o fusión a tope: proceso de soldeo en el que las superficies de unión se calientan adecuadamente mediante exposición con contacto o sin contacto, con elementos calientes y se sueldan entre sí mediante la aplicación de presión 3.15 soldeo por electrofusión: proceso de soldeo que involucra una unión, en que los extremos a unir se calientan mediante efecto Joule del elemento calefactor que se encuentra en el accesorio a unir 3.16 especificación del procedimiento de soldeo (WPS): documento que proporciona los detalles de las variables requeridas para una aplicación de soldeo específico con el fin de asegurar su repetibilidad. En Anexo A, de manera indicativa, se incluye una lista de variables que debiera incluir el WPS 3.17 soldador de termoplásticos o fusionista: persona que realiza un conjunto o sistema con accesorios de unión soldados empleando cualquier proceso de soldeo 3 NCh3152 3.18 testigo de electrofusión: rebaba que permanece después de la fusión, formada durante la electrofusión, y consiste en material fundido que sale por uno o más orificios existentes en el accesorio, para evaluar la fusión 4 Tuberías y accesorios, equipos y herramientas 4.1 Tuberías y accesorios Las tuberías de PE para instalaciones sanitarias deben cumplir con NCh398/1 o NCh2749/1, según corresponda. Los accesorios de unión para las instalaciones sanitarias deben cumplir con NCh398/2 o NCh398/3, según corresponda. Para las uniones sólo se deben utilizar tuberías y accesorios del mismo SDR. 4.2 Equipos de soldeo Los equipos para unión deben cumplir la norma ISO 1217. Además deben contar con los controles y mantenimiento periódico del fabricante (a través de algún servicio técnico autorizado por el fabricante del equipo). El fabricante del equipo debe entregar los parámetros del proceso de soldeo. 4.2.1 Equipos para unión por inserción Los equipos para unión por inserción deben cumplir con ISO 12176/1. Estos pueden ser manuales, semiautomáticos, o automáticos. La Figura 1 muestra un esquema del equipo. Los principales componentes de los equipos son: - Chasis, capaz de dar rigidez y estabilidad durante la operación de soldeo, con componentes que faciliten el alineamiento de las partes a soldar y que permita desplazar fácilmente las tuberías y accesorios. - Mordazas, al menos dos, una fija y otra móvil, para posicionar las tuberías y accesorios durante el ciclo de fusión, con un diseño para facilitar el cierre y apertura sobre las partes a soldar, de dimensiones adecuadas al diámetro de las tuberías y no deben dañar la tubería durante su posición de cierre. - Sistema de transmisión, que puede ser manual, hidráulico, neumático o eléctrico, para generar la presión de interfaz necesaria para cada etapa del ciclo de fusión. - Elemento calefactor, con dos caras diferentes, una para calentar la superficie externa del extremo de la tubería y la otra para calentar la superficie interna del accesorio, de dimensiones apropiadas para el diámetro de la tubería y el accesorio a soldar, con un sistema eléctrico para obtener las temperaturas del ciclo de fusión. 4 NCh3152 4.2.2 Equipos para unión por fusión a tope Los equipos para fusión a tope deben cumplir con ISO 12176/1. Estos pueden ser manuales, semiautomáticos, o automáticos. La Figura 2 muestra un esquema del equipo. Los principales componentes de los equipos son: - Chasis, capaz de dar rigidez y estabilidad durante la operación de soldeo, con componentes que faciliten el alineamiento de las partes a soldar y que permita desplazar fácilmente las tuberías y accesorios. Algunos equipos, para diámetros mayores poseen una mesa alineadora. - Mordazas, al menos dos, una fija y otra móvil, para posicionar las tuberías y accesorios durante el ciclo de fusión, con un diseño para facilitar el cierre y apertura sobre las partes a soldar, de dimensiones adecuadas al diámetro de las tuberías y no deben dañar la tubería durante su posición de cierre. 5 NCh3152 - Sistema de transmisión, que puede ser manual, hidráulico, neumático o eléctrico, para generar la presión de interfaz necesaria para cada etapa del ciclo de fusión. - Herramienta para cepillado o refrentado, que permitirá el corte, desbastado y pulido de las superficies a soldar, accionada de forma manual, hidráulica, neumática o eléctrica. - Placa calefactor, para calentar el extremo de la tubería o accesorio y lograr su fusión, fabricadas de un material de buena conductividad térmica (por ejemplo, acero inoxidable o acero cromado), de dimensiones apropiadas para el diámetro de la tubería a soldar, con su superficie revestida con una capa no adherente (generalmente de teflón) para evitar que el plástico fundido se adhiera a la superficie de la placa, con un sistema eléctrico para obtener las temperaturas del ciclo de fusión. 6 NCh3152 4.2.3 Equipos para unión por electrofusión Los equipos para electrofusión deben cumplir con ISO 12176/2. Estos pueden ser automáticos, con tarjeta magnética o de código de barras; o manuales, con un teclado para introducir los datos para el ciclo de fusión. Los principales componentes de los equipos son: - Unidad de control, para introducir los parámetros del ciclo de fusión. - Cables conectores, para realizar la conexión entre la caja de control y los terminales del accesorio de electrofusión. - Alineador, para centrar y mantener en línea las tuberías a soldar. 4.3 Herramientas Existen algunas herramientas que permiten ejecutar algunas operaciones, de manera manual. Las principales herramientas son: - Cortador de tubería, herramienta con apariencia de un alicate pero que en lugar de pinzas posee hojas de corte. Las hojas de corte, en su posición cerrada, forman una circunferencia de diferentes diámetros, que se adaptan a los diámetros externos de las tuberías. Con la herramienta cerrada se realizan movimientos circulares o semicirculares para realizar el corte limpio de la tubería. - Raspador de tubería, herramienta consistente en un mango que sujeta una hoja de cuchillo, recto, en su extremo. Con esta herramienta se desbasta el extremo de la tubería o permite el biselado del extremo. 5 Soldadores de termoplásticos o fusionistas Los soldadores o fusionistas deben poseer habilidades y conocimiento de las técnicas de soldeo. Los soldadores deben tener conocimientos en aspectos teóricos y prácticos. En el ámbito teórico deben conocer, al menos, sobre lo siguiente: - reglas para soldar materiales termoplásticos; - operación y control del equipo de soldeo; - procesos de soldeo; - preparación de las piezas a soldar; 7 NCh3152 - nociones sobre los materiales termoplásticos; - nociones sobre las tuberías de PE (material, SDR, diámetros, normas); - prevención y corrección de defectos en las soldaduras; - conocimiento e interpretación de la WPS; - aspectos de seguridad en los trabajos de soldadura. En el ámbito práctico deben conocer, al menos, sobre lo siguiente: - soldar muestras de tuberías a partir de una WPS; - completar hojas de registro de cada soldadura efectuada; - manipular y operar el equipo de fusión. La norma EN 13067 y el informe técnico ISO TR 19480 detallan procedimientos de capacitación y evaluación de los soldadores. La evaluación de los soldadores debe incluir tanto aspectos teóricos como prácticos. Para la evaluación práctica de las soldaduras efectuadas se debe considerar al menos los ensayos de tracción y doblado. En Anexo B se entregan algunos detalles de los ensayos. 6 Unión por termofusión 6.1 Procedimiento de unión por inserción (socket fusion) Este procedimiento también se conoce por los nombres de: unión a enchufe o unión por embocadura o unión por encaje. La norma ASTM D 2657 denomina a este procedimiento Técnica I, y en AWS B 2.4 la denomina con la sigla SFW. Los accesorios de unión por inserción son fabricados por inyección y deben cumplir los requisitos indicados en NCh398/2. En Anexo A se presentan los parámetros del proceso de soldeo, a manera de ejemplo, que debe contener una especificación del procedimiento de soldeo. 6.1.1 Principio El principio de la unión con accesorio de inserción consiste en calentar simultáneamente el extremo de inserción del accesorio y el extremo de la tubería por medio de un elemento calefactor, a una temperatura especificada, luego fundir ambos extremos y enfriarlos por un tiempo determinado. 8 NCh3152 El procedimiento de soldeo (WPS) debe ser entregado por el mandante o por el proveedor del equipo de fusión. El procedimiento detallará el ciclo de fusión y las variables de soldeo. En Anexo A se indica un esquema de la información que debe proporcionar. Este método de unión se recomienda para tuberías hasta un diámetro de 125 mm (los accesorios indicados en NCh398/2 se presentan sólo hasta un diámetro de 125 mm). Para diámetros hasta 63 mm se puede ejecutar de forma manual, para diámetros mayores a 63 mm y hasta 125 mm se debe utilizar un equipo para fusión (ver 4.2.1). En ambos casos se debe seguir los pasos indicados de 6.1.2 a 6.1.4, presentando diferencias en los pasos 6.1.5 y 6.1.6, que se indican. Los elementos claves del proceso de soldeo son: - limpieza de extremos de la tubería y del accesorio; - corte de extremo de la tubería a unir; - calentamiento de la superficie exterior de la tubería, y de la superficie interna del accesorio mediante elemento calefactor, hasta fusión; - retiro de ambos, tubería y accesorio, del elemento calefactor; - embutido de la tubería en el accesorio para que se forme la unión por fusión; - mantenimiento de la tubería y accesorio durante el tiempo de enfriamiento de la unión. 6.1.2 Corte del extremo de la tubería Se debe cortar el extremo de la tubería, con un instrumento cortador, sea manual sea del equipo de fusión. Enseguida se debe raspar o biselar el extremo. Esta operación permite limpiar la superficie exterior de la tubería, y forma un bisel en el extremo de la tubería, para facilitar su puesta en el elemento calefactor y posteriormente en el accesorio. 6.1.3 Limpieza de extremos de tubería y accesorio Se debe limpiar la superficie interior y exterior del extremo de la tubería y del accesorio a ser unidos, con un paño o tela libre de pelusas o hilachas. Se debe eliminar toda partícula extraña. Una vez realizada la limpieza, se debe proceder, en forma inmediata, a ejecutar el calentamiento. 6.1.4 Calentamiento de la tubería y accesorio La superficie exterior del extremo de la tubería y la superficie interior del extremo del accesorio de unión deben ser calentadas para lograr la fusión. La temperatura del elemento calefactor se debe situar entre 200ºC y 230ºC. Ver Figura 3. 9 NCh3152 6.1.5 Unión Al término del tiempo de calentamiento, indicado en el procedimiento de soldeo, el extremo de la tubería es retirado del elemento calefactor, al igual que el extremo del accesorio de unión. Si se ejecuta de forma manual, el extremo de la tubería se empuja dentro del extremo del accesorio, sin girar la tubería ni el accesorio, pero asegurándose de que exista un alineamiento correcto. Si se ejecuta con un equipo para fusión (ver 4.2.1), se debe retirar el elemento calefactor y hacer desplazar el extremo de la tubería dentro del extremo del accesorio, cuidando que se mantenga un alineamiento correcto. Se debe mantener el accesorio y tubería en esa posición hasta su enfriamiento. 6.1.6 Enfriamiento La tubería y el accesorio de inserción se deben mantener sin movimiento hasta su enfriamiento, para desarrollar la resistencia mecánica. Si se ejecuta con un equipo para fusión (ver 4.2.1), se debe mantener sin movimiento durante el tiempo de enfriamiento y luego se puede retirar la unión y dejar sin movimiento, fuera del equipo durante 10 min adicionales. 6.2 Procedimiento de unión por fusión a tope (butt fusion) Este procedimiento también se conoce por los nombres de: unión de tope. La norma ASTM D 2657 denomina a este procedimiento Técnica II, y en AWS B 2.4 la denomina con la sigla BCW. 10 NCh3152 6.2.1 Principio El principio de la unión a tope es calentar los extremos de tuberías o accesorios por medio de una placa calefactor, a una temperatura especificada en el procedimiento de soldeo, luego fundir ambos extremos por aplicación de presión y enfriarlos bajo presión por un tiempo determinado. La Figura 4 muestra un esquema del método. Los equipos utilizados deben cumplir con ISO 12176-1. La especificación del procedimiento de soldeo (WPS) debe ser entregada por el mandante. En dicho procedimiento se debe incluir el ciclo de fusión, indicando la presión y los períodos de tiempo respectivos. En Anexo C se muestra un ciclo de fusión, a manera de ejemplo. Este método no se recomienda para diámetros menores que 63 mm. Los elementos claves del proceso de soldeo son: - limpieza de extremos de tubería o accesorio, unidad de alineamiento, y placas calefactores; - sujeción con las mordazas de los componentes a ser unidos. Un elemento de apoyo podría ser necesario para asegurar el alineamiento; - cepillado o biselado de extremos; - alineación de tuberías / accesorios; - medición de la presión de arrastre; - fusión de interfaz tubería / accesorio; - acercamiento de los extremos para unirlos bajo presión; - mantenimiento bajo presión hasta su enfriamiento; - espera de tiempo de enfriamiento fuera de máquina. 6.2.2 Limpieza de extremos de tubería o accesorio Se debe limpiar la superficie interior y exterior de la tubería o del accesorio a ser unido, con un paño o tela libre de pelusas o hilachas. Se debe eliminar toda partícula extraña. Si la tubería presenta una capa de protección externa, ésta se debe retirar lo suficiente para que la tubería pueda ser sujetada por las mordazas del equipo de fusión. Se debe limpiar la herramienta de cepillado y las placas calefactores. 11 NCh3152 6.2.3 Sujeción de los componentes Sujetar los componentes en el chasis del equipo, mediante mordazas de sujeción y hacer los ajustes necesarios para lograr la alineación. Un elemento de apoyo o mesa de alineamiento, podría ser necesario para asegurar el alineamiento y reducir la presión de arrastre. 6.2.4 Cepillado de los extremos de la tubería o accesorio Mediante la herramienta de cepillado o rectificador, cepillar el extremo de la tubería o del accesorio hasta obtener superficies limpias y paralelas para ser unidas. El cepillado se debe continuar hasta obtener viruta continua en los dos extremos a soldar. 6.2.5 Alineamiento Remover la viruta de los extremos de la tubería o accesorio. Limpiar los extremos de la tubería con alcohol o con una tela seca según indique el procedimiento de soldeo. Una vez realizada la limpieza, se debe proceder, en forma inmediata, a ejecutar el calentamiento. 6.2.6 Fusión Los extremos de tubería y del accesorio deben ser calentados simultáneamente, hasta la fusión del PE. La superficie de las placas calefactores debe estar limpia, libre de aceite y todo material extraño. La placa calefactor se debe limpiar con un paño o tela libre de pelusas o hilachas. La temperatura de la placa se debe situar entre 200ºC y 230ºC, según indique el procedimiento de soldeo. 6.2.7 Unión Al término del tiempo de calentamiento, indicado en el procedimiento de soldeo, se debe retirar la placa calefactor. Una vez retirada, los extremos de la tubería o del accesorio se empujan para hacer contacto, y se mantienen a la presión de unión por el tiempo especificado en el procedimiento. 6.2.8 Fusión Las tuberías se deben mantener sin movimiento hasta su enfriamiento, para desarrollar la resistencia mecánica. Es importante esperar el tiempo indicado en el procedimiento de soldeo, a presión sostenida, antes de remover las mordazas de la máquina para asegurar una buena unión. La presión de interfaz se mantiene entre los extremos de tubería y accesorio hasta el enfriamiento. 12 NCh3152 7 Unión por electrofusión Los accesorios de unión por electrofusión son fabricados por inyección y deben cumplir los requisitos indicados en NCh398/2. 7.1 Principio El principio de la unión por electrofusión consiste en ensamblar el extremo de las tuberías con el accesorio de electrofusión y realizar la fusión. En Anexo A se presentan las variables del proceso de soldeo, a manera de ejemplo, que debe contener una especificación del procedimiento de soldeo. En general, la especificación del procedimiento de soldeo (WPS) por electrofusión la establece el proveedor del accesorio y viene en una tarjeta magnética, en un código de barras o en una hoja técnica que acompaña a cada accesorio. Los elementos claves del proceso de soldeo son: - corte de extremo de la tubería, a escuadra, con herramienta cortadora; - raspado de la circunferencia del extremo de la tubería, hasta extraer una cinta continua; 13 NCh3152 - limpieza del extremo de la tubería, con isopropanol; - marcado de la profundidad de inserción en la tubería; - limpieza del accesorio de electrofusión, con isopropanol; - inserción del extremo de la tubería en el accesorio; - inserción del extremo de otra tubería, ya preparada, en el otro extremo del accesorio; - apriete de los tornillos de la abrazadera del accesorio; - conección del accesorio al equipo de control; - ingreso de los datos para la fusión, por medio de la tarjeta magnética (o del código de barra); - aplicación de la corriente eléctrica por medio del equipo de control; - espera del enfriamiento y termino del procedimiento. 7.2 Corte del extremo de la tubería Se debe cortar el extremo de la tubería, con herramienta cortadora (ver 4.3). Enseguida se debe raspar el extremo de la tubería con herramienta raspadora (ver 4.3). Esta operación permite limpiar la superficie exterior de la tubería y dejar un corte neto y limpio. 7.3 Limpieza de extremos de tubería Se debe limpiar la superficie interior y exterior del extremo de las tuberías, con un paño o tela libre de pelusas o hilachas, empapado en isopropanol. Se debe eliminar toda partícula extraña. También se debe marcar la profundidad de inserción. Una vez realizada la limpieza, se debe proceder, en forma inmediata, a ejecutar el calentamiento. 7.4 Posicionamiento de la tubería El extremo de la tubería se debe deslizar en el extremo del accesorio de electrofusión. Se debe empujar hasta llegar a la marca de profundidad de la inserción (eventualmente hasta algún tope que puede tener el accesorio). El dispositivo alineador del equipo de fusión debe ajustar la posición de accesorio y tubería. 14 NCh3152 7.5 Unión Una vez que las tuberías y el accesorio están alineados y sujetos, se debe activar la electricidad mediante la unidad de control. Comúnmente los accesorios son provistos de una tarjeta magnética que incluye todos los parámetros del respectivo accesorio, la que debe ser utilizada para activar el proceso de calentamiento y unión. En algunos otros casos el accesorio cuenta con una etiqueta de código de barra que incluye todos los parámetros del respectivo accesorio, la que debe ser utilizada para activar el proceso de calentamiento y unión. Se debe mantener el conjunto en esa posición hasta completar el ciclo de fusión, que, en general es alertado por el equipo de control. La unidad de control debe estar alimentada con energía de la red eléctrica. En el caso de utilizar generador propio se debe asegurar un voltaje continuo. 8 Procedimiento de unión mecánica Los accesorios de unión mecánica deben cumplir los requisitos indicados en NCh398/2 y NCh398/3. 8.1 Principio El principio de la unión mecánica consiste en ensamblar el extremo de las tuberías con el accesorio mecánico y realizar la unión, sea por compresión, o por roscado o por sujeción mediante tornillos u otros elementos de fijación. Los elementos claves de este proceso de unión son: - corte del extremo de la tubería, a escuadra, con herramienta especial cortadora; - marcado de la profundidad de inserción en la tubería; - inserción del extremo de la tubería en el accesorio; - apriete de los tornillos de la abrazadera del accesorio. 8.2 Corte del extremo de la tubería Se debe cortar el extremo de la tubería, con instrumento cortador (ver 4.3). Enseguida se debe raspar el extremo de la tubería con herramienta raspadora (ver 4.3). Esta operación permite limpiar la superficie exterior de la tubería y dejar un corte neto y limpio. 8.3 Marcado de profundidad Se debe marcar con un lápiz indeleble o marcador la distancia hasta donde se debe insertar el accesorio. 15 NCh3152 8.4 Inserción de la tubería En el caso que el accesorio mecánico presente abrazaderas, o dispositivo para la compresión, éste se debe deslizar por el extremo hacia la tubería. Enseguida, el extremo de la tubería se debe deslizar en el extremo del accesorio. Se debe empujar hasta llegar a la marca de profundidad de la inserción o hasta que haga contacto con un tope que puede tener el accesorio. 8.5 Apriete de tornillos o unión Una vez que las tuberías y el accesorio están alineados y sujetos, se deben apretar los tornillos de las abrazaderas, eventualmente pernos u otros dispositivos, para presionar y comprimir parte del accesorio, para lograr una unión firme. 9 Ensayos de verificación Aún cuando los procedimientos utilizados para realizar la unión por termofusión hayan sido calificados y validados, se deben realizar los ensayos siguientes. 9.1 Examen visual de la unión Se debe inspeccionar visualmente toda la zona de unión. La superficie interna y externa de la tubería y el accesorio de unión después de la termofusión, examinada visualmente sin aumento, debe estar libre de exudado fundido fuera del accesorio, excepto el rodón o cordón de soldadura generado por el proceso normal de fusión (en el caso de unión a tope). 9.1.1 Unión a tope Las superficies interiores y exteriores de los accesorios de unión, examinados visualmente, deben ser limpias, libres de rebabas, cavidades y otros defectos superficiales que pudieran alterar sus propiedades. Después de realizada la fusión, examinadas visualmente sin aumento, deben estar libres de material fundido fuera del accesorio excepto el cordón de soldadura generado por el proceso normal de fusión. Se debe verificar la simetría, el alineamiento, y el ancho del cordón de soldadura. En Anexo D se detallan los tres criterios de examen visual. Si no hay cumplimiento se debe rechazar la unión y se debe cortar para rehacer la unión. 16 NCh3152 9.1.2 Unión por electrofusión Las superficies internas y externas de la tubería y de los accesorios, después de realizada la electrofusión, examinadas visualmente sin aumento, deben estar libres de material fundido fuera del accesorio, excepto el usado deliberadamente como una marca o testigo de fusión. Se debe verificar el alineamiento de las partes soldadas, la inserción de los extremos, el material fundido y los testigos de fusión. En Anexo E se detallan estos criterios de examen visual. Si no hay cumplimiento se debe rechazar la unión y se debe cortar para rehacer la unión. 9.2 Ensayos no destructivos (END) Es posible evaluar las uniones mediante las técnicas de END. Se recomienda seguir los procedimientos indicados en la serie de normas UNE EN 13100 (ver cláusula 2). De acuerdo a estudios se sabe que la radiografía y el ultrasonido no detectan todos los defectos que pueden ocurrir en las uniones soldadas, pero pueden detectar zonas de contaminación y de porosidad. 9.3 Ensayos destructivos De acuerdo a un plan de muestreo acordado entre el mandante y el contratista, se realizarán ensayos destructivos. Los ensayos serán tracción y doblado de la unión soldada. Los procedimientos se describen en Anexo B. 9.4 Ensayo de presión De acuerdo a un plan de muestreo acordado entre el mandante y el contratista, se debe realizar un ensayo de presión hidrostática a 20ºC, siguiendo el procedimiento descrito en NCh814, durante 1 h. El ensayo se debe realizar a una tensión mecánica inducida de 10 MPa para las uniones de tubería PE 80 y de 12,4 MPa para las uniones de tubería PE 100. 17 NCh3152 Anexo A (Informativo) Especificación de procedimiento de soldeo (WPS) Variables Ejemplo 1 Ejemplo 2 Inserción (SFW) A tope (BFW) 25 mm 250 mm Isopropanol Isopropanol PE 80 PE 100 SDR 11 17 Espesor 2,3 14,8 Diámetro 25 250 (20 - 25)ºC (20 - 25)ºC 210ºC 230ºC Tiempo precalentamiento s 7 150 Tiempo fusión s 4 10 Tiempo enfriamiento min 2 18 Manual 0.15 Diseño unión Tipo Dimensiones Limpieza Cepillado Material Grado Posición Posición de soldeo Temperatura Materiales Elemento calefactor Presión Inicial Precalentamiento Manual 0.05 Fusión Manual 0.15 Por inserción A tope Manual Mecanizado Tº ambiental 23ºC 23ºC HR ambiental (50 - 60)% (50 - 60)% Eléctrico Intensidad Voltaje Variables Procedimiento soldeo Manual/semi/automático/mecanizado 18 NCh3152 Anexo B (Informativo) Ensayos para evaluación práctica B.1 Resistencia a la tracción de la unión Se deben tomar probetas de las zonas de unión de ancho y largo especificados. Un esquema del ensayo se muestra en Figura B.1. Se realizará un ensayo de tracción siguiendo ISO 13953 o EN 12814/2 y EN 12814/8. Se considerará satisfactorio cuando la rotura de las probetas, se produce fuera de la zona de unión y la interfaz de fusión no presente cavidades, fisuras ni otras deficiencias. Cada probeta o muestra que falle en la zona de mordazas deberá ser ensayada nuevamente. 19 NCh3152 B.2 Ensayo de doblado de probeta de unión Se deben tomar probetas de las zonas de unión de ancho especificado y largo especificado a cada lado de la zona de unión. Se realizará un ensayo de doblado siguiendo las normas EN 12814/1 y EN 12814/8, o AWS B 2.4 (ver 4.6.9). Un esquema del ensayo se muestra en Figura B.2. 20 NCh3152 Anexo C (Informativo) Ejemplo de ciclo de fusión para procedimiento de soldeo por unión a tope Tabla C.1 - Parámetros del ciclo de fusión (ver Figura C.1) Período de tiempo Descripción Presión de interfaz t1 Formación del cordón, 1 mm a 4 mm, según diámetro de tubería p1 t2 Calentamiento del material p2 t3 Retiro de la placa calefactor - t4 Presión de fusión p4 t5 Enfriamiento - 21 NCh3152 Anexo D (Informativo) Inspección visual unión a tope D.1 Simetría del cordón Las uniones deben presentar un cordón simétrico alrededor de toda la circunferencia de la tubería, como se muestra en Figura D.1. La profundidad, A, de la depresión del cordón no se debe extender bajo la superficie de la tubería. 22 D.2 Alineación de las partes soldadas NCh3152 Las tuberías y accesorios deben estar alineadas. El desalineamiento, V , no debe superar 0,1 en (siendo en el espesor de pared nominal). Este valor no debe ser excedido en ningún punto altrededor de la circunferencia. Ver Figura D.2. D.3 Ancho del cordón El ancho del cordón, B , depende del tipo de PE, del proceso de producción de la tubería o del accesorio, del elemento calefactor, de la temperatura y del ciclo de fusión. 23 NCh3152 Anexo E (Normativo) Inspección visual unión por electrofusión E.1 Alineación de las partes soldadas Las tuberías y accesorios deben estar alineadas. El desalineamiento, V , no debe superar 0,1 en (siendo en el espesor de pared nominal). Este valor no debe ser excedido en ningún punto altrededor de la circunferencia. Ver Figura D.2. E.2 Inserción Las marcas de inserción se deben inspeccionar para verificar la adecuada inserción del extremo de la tubería o del accesorio. La Figura E.1 esquematiza las marcas a inspeccionar. 24 NCh3152 E.3 Material fundido Se debe inspeccionar que no se encuentre material fundido o extrudado fuera del accesorio, como el que se muestra en Figura E.2. 25 NCh3152 E.4 Testigos de fusión Los accesorios que presentan testigos de fusión, se deben examinar de manera que se presenten después de efectuar la unión, según indica el fabricante del accesorio. Generalmente se debe observar la salida de material fundido, como se muestra en Figura E.3. 26
