Soldadura en ambiente húmedo

Soldadura en ambiente húmedo.
INTRODUCCION :
El trabajo de soldadura no sólo es realizado en tierra sino también bajo el agua ya sea en la construcción y
mantenimiento de plataformas marinas, diques, barcos etc. Sin embargo a diferencia de la soldaduras
realizadas en tierra firme las soldaduras marinas muestran una calidad deficiente debido al problema de la
trasferencia de calor, la visibilidad del soldador y la presencia de hidrógeno en la atmósfera del arco.
La soldadura bajo el agua puede aplicarse fundamentalmente a los aceros ordinarios y requiere el empleo de
electrodos especiales. Estos electrodos permiten alcanzar el 80% de la resistencia a tracción y el 50% de la
ductilidad que se obtendrán en soldaduras similares realizadas en la superficie. La reducción de características
se debe al efecto refrigerante del agua.
Cuando el metal base y la zona del arco están completamente rodeados de agua, no hay en la unión
acumulación de calor y aumento de la temperatura del metal base. La falta de alta temperatura, reduce la
calidad del metal de soldadura. La zona del arco está compuesta por una alta concentración de vapor de agua.
La atmósfera del arco, de hidrógeno y oxígeno del vapor de agua, queda adsorbida en el metal fundido de la
soldadura y contribuye a la porosidad y a la fractura por hidrogeno.
La necesidad de producir soldaduras de alta calidad bajo el agua ha ido en aumento a medida que el petróleo y
gas se encuentran en aguas profundas. La mayoría de las exploraciones en alta mar, perforaciones y
producción sé hacían hasta hace poco en aguas que tenían una profundidad de 10 a 16 metros.
Cuando es necesario reparar una tubería que se encuentra a poca profundidad, se levanta a la superficie, se
repara y se baja de nuevo hasta el fondo del océano. Pero con el tiempo y el descubrimientos de nuevas
tecnologías la exploración, perforación y la producción se están traslapando a aguas más profundas, hasta los
300m.
Debido a las grandes profundidades se deben hacer modificaciones y trabajar en el fondo del océano. En
aguas profundas se dañan más tuberías (submarinas en el fondo) y hay la necesidad de hacer conexiones en las
tuberías submarinas en el fondo del océano. Las reparaciones y las conexiones deben tener soldaduras de alta
calidad para evitar la posibilidad de fugas o de que se vierta el petróleo. Actualmente este tipo de trabajos se
lleva a cabo a profundidades de 61 a 182m.
Las plataformas marinas de extracción de crudo de petróleo, estructuras y líneas submarinas que se hayan y
necesitan reparaciones o modificaciones a causa de deformaciones debidas a colisiones, efectos
climatológicos u otros factores, se pueden reparar utilizando las cámaras hiperbáricas.
Estos compartimientos se construyen de acero y se sitúan empernados y sellados alrededor de la tubería o
estructura. Para contrarrestar la tendencia a la flotabilidad de la cámara se utilizan cables de sujeción, tenazas
o partes fijas o lastre, en función de la geometría del conjunto.
Además, los soldadores que trabajan bajo el agua están limitados en su capacidad para ver manipular el arco
de soldar. Bajo condiciones ideales, las soldaduras producidas, en ambientes húmedo con electrodos
cubiertos, son marginales. Pueden usarse durante cortos periodos, pero se deben sustituir con soldaduras de
buena calidad tan rápidamente como sea posible.
Los adelantos en los electrodos para soldar bajo el agua están mejorando la calidad de las soldadura en
ambiente húmedo. Se han hecho esfuerzos para producir una burbuja de gas dentro de la que se pueda hacer la
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soldadura. Esta técnica no ha podido asegurar soldaduras de buena calidad con electrodos cubiertos en
ambiente húmedo.
Descripción del Proceso
Papa iniciar el proceso de soldadura bajo el agua se debe contar con una fuente de poder la cual siempre debe
ser una máquina de corriente directa, con una capacidad de 300 o 400 A. A menudo se usan máquinas de
soldar de motor generador para trabajos bajo el agua y en ambiente húmedo.
Se debe conectar el bastidor o tierra de la máquina de soldar con el barco. El circuito de soldadura debe incluir
un interruptor de positivo, generalmente un interruptor de cuchillas, que se maneja desde la superficie bajo el
mando del buzo−soldador. El interruptor de cuchillas en el circuito del electrodo debe ser capaz de cortar la
totalidad de la corriente del soldar. Se necesita por razones de seguridad.
La corriente de soldar debe conectarse al porta electrodo sólo cuando el soldador esté soldando. Se usa
corriente directa con electrodos negativo (polaridad directa). Se emplean porta−electrodos para soldar bajo el
agua los que tienen cavidad para dos tamaños de electrodos, generalmente de 4.8mm (3/16"). Los tipos de
electrodos que normalmente se usan cumplen con la clasificación AWS E6012, y deben ser impermeables.
La impermeabilidad se logra envolviendo con cinta impermeable o sumergiéndolos en una mezcla de silicón
de sodio u otro material impermeable. Hay a la venta electrodos para soldar bajo el agua.
El conductor para soldar y la tierra deben ser por lo menos cables 2/0, y el aislamiento debe ser perfecto. Si la
longitud total del cable rebasa los 100m, deben colocarse dos en paralelo. Con los conductores en paralelo
hasta el porta electrodo, el último metro puede ser de cable sencillo. Todas la conexiones deben estar aisladas
cuidadosamente para que el agua no pueda llegar a hacer contacto con las paredes metálicas.
Si se fuga el aislamiento, el agua de mar hará corriente con el metal conductor y parte de la corriente se fugará
y no estará disponible en el arco. Además, habrá una rápido deterioro del cable de cobre en la fuga.
El cable de tierra debe conectarse a la pieza de trabajo que se vaya a soldar a una distancia menor de 1m del
punto donde se suelda; este soplete está completamente aislado y usa abrazadera para sujetar el electrodo. El
soplete incluye una válvula de oxígeno y las conexiones para fijar el cable de soldar y una manguera de
oxígeno. Está equipado para manejar electrodo tubular hasta de 7.9mm ( 5/16") en este proceso se inicia el
arco del modo normal y él oxigeno se alimenta a través del agujero central del electrodo para dar la sección de
corte. Se emplean las mimas conexiones eléctricas que ya se mencionaron.
El manual técnico de la Marina Norteamericana "Underwater Cuting an Welding" proporciona información
completa sobre el corte y la soldadura bajo el agua con electrodos cubiertos.
Pasos a realizar en la operación de soldadura
Cuando se trata de realizar una soldadura de responsabilidad conviene efectuar una prueba previa a la misma
profundidad y en las mismas condiciones de trabajo. Esta probeta se saca luego a la superficie, donde se
somete a los controles de ensayos oportunos.
• Con electrodo de 5 mm. De diámetro y soldando a unos 15 metros de profundidad, ajustar la intensidad
entre 225 y 280 amperios. Con la intensidad adecuada el tiempo de fusión de uno de estos electrodos debe
oscilar entre 49 y 55 segundos. Si el electrodo no se consume en ese tiempo hay que suponer que la
intensidad no es correcta, bien sea por un reglaje equivocado por una longitud excesiva de los cables, o por
conexiones defectuosas. Los electrodos de 4 mm requieren una corriente un poco mas baja y funden un
poco mas deprisa.
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• Debido a la escasa visibilidad que existe bajo el agua se recomienda, siempre que sea posible, el diseño de
uniones mediante cordones de ángulo. De esta forma el soldador dispone de un borde que puede usar como
guía.
• La zona de unión debe estar limpia de pinturas, óxidos y cualquier otra suciedad.
• Sujetar la prensilla de masa lo mas cerca de la zona a soldar.
• Precaución : La toma de masa debe situarse de forma que el soldador trabaje siempre de cara a la misma.
• Para realizar una soldadura en horizontal apoyar la punta del electrodo sobre el extremo izquierdo de la
junta, formando un ángulo de 15ºa 45ºcon la vertical y avisar a la superficie para que sierren el circuito. El
arco se ceba inmediatamente al cerrar en la superficie el interruptor de seguridad. Cuando la pieza esta muy
oxidada puede ser necesario raspar o golpear con el electrodo para que salte el arco.
En cuanto se ceba el arco, apoyar el electrodo sobre la junta y avanzar a lo largo de la misma con velocidad
uniforme. Normalmente con la fusión de 25 cm de electrodo se obtiene unos 20cm, de cordón.
Para soldar bajo el agua no hay que imitar la posición y movimientos de la soldadura al aire. El electrodo se
mantiene apoyado sobre la pieza y con el mismo ángulo recomendado para el cebado. Al acabar un electrodo
avisar a la superficie para que corten la corriente.
7. Antes de comenzar a soldar con un nuevo electrodo limpiar cuidadosamente el extremo del cordón
previamente depositado. La inclinación del nuevo cordón debe solaparse con el final del anterior. Cuando se
suelde en varias capas hay que limpiar perfectamente cada una de ellas antes de depositar la siguiente.
• Para soldar en vertical se utiliza la misma técnica comenzando en el extremo superior, con el electrodo
dirigido hacia arriba
• La soldadura en techo requiere mayor habilidad y una manipulación mas precisa, pero también pude
realizase con éxito. Aumentando el ángulo de inclinación del electrodo a unos 55º se mejora el contorno del
cordón.
Proceso de soldadura vía cámara Hiperbárica
Las primeras soldaduras se hicieron totalmente con el proceso TIG. Recientes investigaciones aconsejan como
mejor combinación, TIG para la pasada de raíz y SMAW para las pasadas de relleno. Hasta el momento se
han desechado otros procesos de soldadura a causa de lo reducido del recinto y la necesaria operatividad del
soldador.
Debido a la presión en el interior de la cámara hiperbárica y a su elevada humedad relativa, esta soldadura
presenta variables que la hacen distinta a la realizada en condiciones atmosféricas estables. Estas variables
son:
• Modificación de la estructura del arco eléctrico, siendo necesario una mayor tensión para mantener su
estabilidad.
• Mayor penetración.
• Mayor producción de escoria.
• Mayor producción de humos, que dificultan la visibilidad. A profundidades de 75 m y mayores llegan
incluso a impedir la observación del arco.
• Velocidades de enfriamiento elevadas debido al alto poder refrigerante de la mezcla de gas helio que
se utiliza para presurizar la cámara.
• Cuando se suelda por el proceso de SMAW se producen fenómenos de difusión química que influyen
en las reacciones metalúrgicas en el sentido de aumentar el contenido en C y disminuir el de Mn y Si.
• Mayor adsorción de gases por el metal fundido, por soportar una presión mayor.
Una reparación típica incluye:
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• corte y preparación de bordes;
• empalme por soldaduras en ángulo o a tope;
• amolado para la eliminación de la escoria.
Normalmente se emplea soldadura TIG para la primera pasada y soldadura con electrodos manuales de bajo
contenido de hidrógeno o básicos para el relleno del resto de la junta.
Las soldaduras en ángulo se realizan exclusivamente por SMAW. El proceso TIG, aunque más lento, facilita
un buen ajuste y produce una soldadura de buena calidad. El proceso de soldadura SMAW se emplea por su
facilidad de aplicación, por el poco equipamiento pues aquí la libertad de movimientos es esencial y
fundamental por su rapidez.
Actualmente las técnica de cámara hiperbárica o soldadura bajo presión con medios humanos llegan hasta los
200 m de profundidad. Por los ensayos realizados se prevé que el límite de utilización puede estar en los 300
m pues por el momento a mayor profundidad los problemas metalúrgicos y la utilización de buzos no la hacen
viable.
Equipo necesario (soldadura vía cámara hiperbárica)
El equipo para la realización de este tipo de soldadura consiste en:
Una habitación de chapa de acero totalmente soldada llamada cámara hiperbárica. Este compartimiento posee
los medios necesarios para poder alinear las tuberías a reparar o unirlas por medio de tenazas accionadas con
dispositivos hidráulicos.
La cámara se encuentra centrada entre el mecanismo de tenazas y está provista de tanques laterales de
flotación. Estos tanques se utilizarán para la maniobra de inmersión y estabilidad del conjunto. Por medio de
juntas especiales se sella el compartimiento y se procede al vaciado de agua.
Dentro de la cámara se mantiene una atmósfera inerte para eliminar el peligro de incendio. Los soldadores
respiran una mezcla de gases a través de un sistema de máscaras.
El sistema está conectado a la superficie por medio de una manguera, a modo de cordón umbilical, por donde
se envían a la máscara gases para la respiración, gases para el soldar y para el precalentamiento de la junta
cuando sean necesarios, energía eléctrica para iluminación, comunicaciones telefónicas y energía para la
soldadura.
Existe un módulo de control en la superficie para coordinar todas las fases y operaciones y vigilar el estado
físico de los soldadores. Normalmente, estas cámaras se fabrican de forma que sean fácilmente transportables
por camión, ferrocarril, avión, etc.
Seguridad en la soldadura bajo el agua
En las operaciones de corte y soldadura bajo el agua independientemente del procedimiento utilizado, es
necesario insistir constantemente en la importancia de la seguridad debido a que el trabajo se realiza en agua
salada la cual es un excelente conductor de corriente eléctrica.
Los buzos empleando los medios de protección adecuados y respetando estrictamente las medidas de
seguridad en las operaciones de corte y soldadura bajo el agua pueden realizar este proceso con un grado de
seguridad suficiente. El personal dedicado a este tipo de operaciones debe convencerse de que la seguridad no
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es cuestión de suerte, y que el riesgo es mínimo si han tomado las medidas posibles para evitarlo y se han
previsto los sistemas de emergencia oportunos.
Normas de seguridad :
• La soldadura y corte bajo el agua solo debe encomendarse a buceadores. especializados, con el auxilio
de ayudantes de superficie perfectamente entrenados.
• El buceador debe practicar el corte o la soldadura en la superficie, antes de intentar el trabajo en el
agua.
• Para el manejo del equipo hay que solicitar al fabricante un manual detallado de la instrucciones y
seguirlas rigurosamente.
• El monoreductor de oxígeno debe ser capaz de suministrar el caudal requerido sin peligros de
congelaciones. Comprobar que el monoreductor de oxígeno, la manguera del soplete y los
acoplamientos correspondientes estén libres de aceite y grasa.
• El circuito de trabajo debe de estar sin tensión, salvo cuando se este cortando o soldando.
• Cuando se termina un electrodo, el buceador no debe intentar sacar la colilla hasta haber solicitado el
corte de la corriente y haber recibido la confirmación de la superficie.
• Antes de iniciar la operación de corte hay que realizar un examen detenido de la pieza para asegurarse
de que el trozo sobrante no puede caer sobre el propio cortador, o sobre las distintas canalizaciones y
cables.
• Es necesario realizar una verificación periódica del aislamiento de portaelectrodos y cables todas las
conexiones sumergidas deben estar perfectamente aisladas e impermeabilizadas.
• Encima del buceador, y en una zona de radio igual a la profundidad no debe permitirse ningún tipo de
trabajo.
• El equipo de buceo ha de estar en buenas condiciones y provistos de un sistema telefónico fiable. El
buceador siempre debe llevar guantes de goma perfectamente aislados en el interior del traje.
• Antes de iniciar cualquier operación de corte o soldadura, asegurarse que no existan sustancias
combustibles o explosivas (sólidas, liquidas o gaseosas) en las proximidades de la zona de trabajo, ni
en un radio de 15 m. Como mínimo. Como se sabe. Las proyecciones pueden desplazarse a grandes
distancias especialmente hacia arriba.
• Debido a las malas condiciones de estabilidad y visibilidad que suelen prevalecer en el agua, el
buceador debe manejar, el soplete o portaelectrodo con mucho cuidado, procurando no enredarse con
mangueras o cables manteniendo los cables de goma lo mas lejos posible de la zona de trabajo.
• El buceador no debe permitir que alguna parte de su cuerpo o del equipo de protección llegue a
formar parte del circuito eléctrico.
• Cuando se utiliza corriente alterna los accidentes eléctricos suelen ser mas graves por lo que no se
recomienda para trabajos bajo el agua
• Bajar la pantalla de protección visual antes de cebar el arco. Para desplazarse en el fondo o subir a la
superficie quitar previamente el electrodo.
Información Técnica de los equipos
La fuente de energía mas recomendable es un generador de corriente, de 300 amperios, conectado a polaridad
directa. El circuito de soldadura debe ir provisto de un interruptor de seguridad.
La pinza portaelectrodo debe estar perfectamente aislada y dotada de un dispositivo que permita la fácil
sustitución de los electrodos. El sistema de pinzas metálicas utilizada en la soldadura de aire no es
recomendable para operaciones de soldadura bajo el agua aunque estén totalmente aisladas.
La soldadura suele realizare con electrodos de 4 o 5 mm de diámetro a falta de un sistema de designación
normalizado. Los electrodos para soldadura bajo el agua suelen identificarse por sus nombres comerciales
entre los distintos tipos que permiten obtener resultado satisfactorios se encuentran los electrodos flexarc sw,
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de westinghouse. y fleetweld 37 de lincoln. Estos electrodos pueden aplicarse en todas pociones.
Puesto que los revestimientos de los electrodos ordinarios se deterioran al sumergirlos en el agua, estos
electrodos especiales van impermeabilizados mediante la inmersión de la soldadura adecuada. Aunque existen
diversas soluciones comerciales la impermeabilización no es imprescindible si el electrodo se utiliza poco
después de la inmersión. Esto puede conseguirse enviando al buceador cada ves unos pocos electrodos.
Cuando se empleen electrodos impermeabilizados hay que limpiar al extremo hasta descubrir el alma, para
que pueda cebar el arco.
Electrodos Adecuados:
Electrodos de rutilo.
Clasificación AWS de electrodos para aceros al carbono: AWS−E−6012 (Na) y AWS−E−6013 (K).
Características específicas.
El principal componente de estos electrodos es el rutilo, mineral obtenido a partir de minas que en su estado
natural contienen de un 88−94% de TiO2. También puede extraerse de la ilemita, mineral compuesto por un
45−55% de TiO2 y el resto de Fe2O3.
La protección en estos electrodos la proporciona la escoria.
Escorias.
Pertenecen al sistema TiO2−FeO−MnO que dan como resultado titanatos de hierro o titanatos complejos. La
escoria, de aspecto globular o semiglobular, tiene la viscosidad adecuada para permitir la soldadura de
elementos con ajuste deficiente o cuando entre los bordes a unir existe una distancia excesiva, resultando los
electrodos de rutilo idóneos en la soldadura con defectuosa preparación de juntas. La escoria se elimina con
facilidad.
Metal depositado.
Contiene un buen número de inclusiones. El nivel de impurezas es intermedio entre el que presentan los
electrodos ácidos y los básicos. El contenido de hidrógeno puede llegar a fragilizar las soldaduras. El contorno
de las costuras en ángulo oscila entre convexo en el AWS−E−6012 a prácticamente plano en el
AWS−E−6013. en cualquiera de los casos, el cordón presenta un buen aspecto.
Arco.
Fácil encendido y reecendido, incluso con elevadas tensiones de vacío en la fuente de corriente. La pequeña
proporción de celulosa del revestimiento permite una elevada intensidad de corriente. La cantidad de
elementos refractarios del recubrimiento origina un arco tranquilo, de mediana penetración.
Parámetros de uso.
Tensión de cebado: entre 40 y 50 V.
Se emplean con corriente alterna o con corriente continua, en ambas polaridades.
Rendimiento gravimétrico.
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El rendimiento gravimétrico estándar está comprendido entre el 90 y el 100%.
Aplicaciones.
Estos electros, fáciles de encender y reencender, poco sensibles a la humedad, escasas salpicaduras y
favorable eliminación de escoria, que permiten una razonable velocidad de soldadura constituyen una gama de
consumibles muy apreciada.
Resultan por su fácil manejo en cualquier clase de montaje, la escasa influencia de las condiciones
ambientales y por ser adecuados para emplearse en todas las posiciones, idóneos para todo tipo de soldaduras
siempre que no se requiera una elevada tenacidad. Los principales campos de aplicación son las estructuras
metálicas, en construcciones de calderas y construcciones navales.
Robusto, fiable, con una optima estabilidad del arco, recomendados para toda aplicación especial con
cualquier tipo de electrodos e indicados para trabajar en Astilleros, construcción y soldadura de tuberías. Los
equipos ARCTRONIC aseguran una extraordinaria estabilidad de los parámetros de soldadura, una rápida
característica dinámica que permite obtener resultados de calidad incluso con los difíciles electrodos
celulósicos y básicos.
Características:
Arc Force regulable para escoger la mejor característica dinámica del arco de soldadura
Hot Start regulable para mejorar el encendido del arco con electrodo difícil
Función Antisticking para evitar el pegado del electrodo
Compensación automática de la tensión de red ± 10%
Posibilidad de soldadura TIG con inicio Lift
Posibilidad de descarnar con electrodo de carbón
Ventilador de alta eficacia y bajo ruido
Equipo de soldadura al arco Trifásico en Corriente continua y regulaci1ón electrónica
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