ESTANDARES DE SOLDADURA

Scientia et Technica Año X, No 24, Mayo 2004. UTP. ISSN 0122-1701
Fecha de recepción: 29 Marzo de2004
Fecha de aceptación: 16 Abril de 2004
151
PARAMETROS PARA LA ELABORACION DE ESTANDARES DE SOLDADURA
RESUMEN
Este artículo hace referencia a los conocimientos fundamentales que las
personas involucradas en los procesos de manufactura por soldadura deben
poseer, y su relación con los criterios técnicos, los cuales he aplicado
específicamente en la elaboración del estándar de soldadura de la
multinacional BUSSCAR S.A. Filial en Colombia. La estandarización es el
componente más relevante entorno a un producto específico, vía para optimizar
la productividad y por ende asegurar la calidad implícita de los diferentes
procesos.
ABSTRACT
This article is referenced to fundamentals knowledge and abilities by welding
manufacture process personnel, relationship at technical criteria who’s
applied specifically in the elaboration of Busscar S.A. welding standard.
Standarization is the principal component around an specific product, in this
way the optimization of productivity is granted by the implicit process quality.

1 INTRODUCCIÓN
La globalización de la economía hace imprescindible la
ubicación de productos altamente competitivos, razón
suficiente para que los sectores industriales del país
enfoquen sus esfuerzos en producir bajo los parámetros
internacionales de normalización/estandarización.
Este artículo no pretende ser una guía o manual para la
realización de estándares de soldadura; para tal fin remito
al lector a mi obra “manual técnico de soldadura” y “guía
para la elaboración de estándares de soldadura”, como
podrá evidenciar, la ciencia de la soldadura es quizás de
las más normalizadas, existen diferentes documentos
técnicos que hacen referencia a cada sector productivo,
en función de los materiales, diseño, procedimientos y
procesos implícitos. Para garantizar un alto nivel de
competitividad, la inspección de soldadura estará
presente en las actividades de control de calidad de
productos soldados, en la verificación, cualificación y
calificación de los procesos, procedimientos y recurso
humano.
Para que esta actividad sea conducente a certificación
internacional, se requiere de personal con vasta
experiencia, conocimientos y destrezas en ésta disciplina,
responsabilidad propia de un inspector certificado,
debidamente registrado ante institución reconocida
internacionalmente conforme al “estándar para la
calificación y certificación de Inspectores de Soldadura
(ANSI/AWS QC1-96)”
2 CONCEPTOS
Un estándar consiste en la adecuación de las principales
variables presentes en el proceso de fabricación de un
producto específico, las variables serán basadas en los
códigos de soldadura pertinentes y ajustados a
recomendaciones internas de la empresa, no solamente
para definir claramente el o los procesos a utilizar, sino
también para definir y “calificar tanto el procedimiento
como el operario de soldadura” que constituyen parte
fundamental de las conformidades para su futura
certificación. La información contenida en un estándar,
es el inicio para la obtención de la calidad, pero ésta solo
se obtiene con la labor desarrollada individualmente por
quienes intervienen en la ejecución de los procesos.
3 CRITERIOS
3.1 Códigos
Constituyen un soporte legal y están organizados
sistemáticamente para una fácil referencia en
concordancia con los procesos, procedimientos,
materiales y personal involucrado. Es el documento más
importante, pues siempre se considerará obligatorio.
En la tabla 1 se relacionan ejemplos de algunos códigos
(1)
Tabla 1: Ejemplo de códigos de soldadura
ANSI/AWS D1.1 Código de soldadura estructural-Acero
>1/8 “
ANSI/AWS D1.2 Código de soldadura estructural-
Aluminio
ANSI/AWS D1.3 Código de soldadura estructurallamina
<1/8”
ANSI/AWS D1.4 Código de soldadura estructural-Acero
de refuerzo
ANSI/AWS D1.5 Código de soldadura estructural-
Puentes
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3.2 Especificación
Consiste en el documento de soporte que contiene una
detallada descripción de las partes de un conjunto, allí se
ubican características específicas tales como:
Dimensiones, espesores, composición química,
resultados de ensayos, etc. Dichas especificaciones
pueden tener carácter de uso interno para establecerse
como parámetro de estandarización. Existen
especificaciones realizadas por organizaciones y que han
sido reconocidas universalmente, acercándose a la
categoría de código. En la tabla 2 se relacionan ejemplos
de algunas especificaciones. (1)
Tabla 2: Ejemplo de especificaciones
3.3 Estándar
Es un documento utilizado como bitácora, su aplicación
adquiere carácter mandatorio cuando se referencia a un
código específico, de igual forma se utiliza como norma
o base de comparación en la ejecución de diferentes
actividades.
Aunque el estándar ha sido clasificado
independientemente, es el nombre genérico que se asigna
a diferentes documentos incluidos los códigos,
especificaciones y combinación de éstos.
Los estándares nacionales de USA, son el resultado de
un exigente procedimiento de revisión y votación de los
diferentes documentos por parte del Instituto Americano
Nacional de Estándares (ANSI), para ser adoptadas. Una
vez aprobadas por ANSI, llevarán la identificación de
ambas organizaciones. En la tabla 3 se relacionan
algunos estándares (1)
Tabla 3: Ejemplo de estándares
3.4 Especificacion de procedimiento de soldadura
(EPS) “WPS: Welding Procedure Specification”
El WPS es un documento que relaciona las variables a
considerar en la realización de una soldadura específica,
determina la ejecución de las pruebas de calificación
tanto de proceso y procedimiento como del operario de
soldadura.
EL EPS involucra todas las VARIABLES
ESCENCIALES (Variables éstas que no deben cambiar
más allá de los limites establecidos en el código
respectivo) y, VARIABLES COMPLEMENTARIAS
Y/O
SUPLEMENTARIAS (Ajustadas a los requisitos de la
empresa, y aquellas que no afectan la ejecución del
proceso).
3.5 El procedimiento
Se refiere a todas las condiciones presentes en la
realización de una soldadura. El procedimiento se efectuará
en un equipo previamente calibrado y calificado, se
utilizarán los materiales recomendados en las
especificaciones o referenciados con su “reporte
certificado de ensayo de material CMRT”. y se
efectuarán las soldaduras en las condiciones
referenciadas en código, las cuales deben corresponder a
las que se ejecutarán en el trabajo real de producción.
Posteriormente se someterán los materiales utilizados en
el procedimiento (cupones de prueba), a las pruebas
(ensayos destructivos y no destructivos) exigidas por el
código referenciado, para comprobar la conservación de
sus propiedades físicas, su resistencia mecánica,
doblado, resistencia al impacto, dureza y análisis
químico.
3.6 Reporte de calificación de procedimiento (PQR)
Este documento corresponde al anexo del WPS, y en el
van detallados todos los pasos que conllevan a la
calificación de un proceso, procedimiento y operarios de
soldadura. En el están relacionadas las diferentes pruebas
o ensayos realizados y la certificación de aprobación o
rechazo firmada por inspector certificado en soldadura.
Cada WPS puede contener uno o varios PQR
Para efectos contractuales y para efectuar soldaduras
similares en el futuro, las pruebas realizadas son
igualmente aplicables tanto para la soldadura por
máquina como para la soldadura manual, y siempre es
obligatoria cuando se trabaja conforme a códigos.
Es obviamente inútil llevar a cabo para cada pequeña
variación del material, espesor o método de soldadura un
nuevo ensayo de procedimiento. Por consiguiente, los
materiales se dividen en grupos que comprenden
aleaciones con características similares de soldadura. Una
prueba realizada sobre un metal de uno de los grupos
designados se considera aplicable a todas las demás
aleaciones dentro del mismo grupo. Con este principio,
se dividen en grupos de espesor de chapa o lámina,
procesos de soldadura y posiciones de soldadura
(vertical, horizontal, vertical sobre cabeza y plana). Por
API 12B E. para tanques cilíndricos para
fluidos
ANSI/AWS A2.4 Símbolos normalizados para
soldadura y ensayos
ANSI/AWSA5.1 a A5.30 Especificación para electrodos y
materiales de aporte
ANSI/ASME B31.1
ANSI/AWS D1.1
ANSI/AWS D1.3
ANSI/AWS D1.4
ANSI/AWS D1.5
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ejemplo, el código AWS D1.1 agrupa materiales de
espesores mayores a 1/8”, mientras que AWS D1.3
agrupa todos los materiales delgados hasta un máximo de
3/16 “ de espesor.
Como constancia de haber realizado pruebas de
procedimiento se debe llevar el PQR consignando con el
mayor detalle posible de las variables esenciales de
soldadura, tales como la corriente, número de cordones,
calibre y tipo del electrodo utilizado, y, en el caso de
soldadura con máquina, las fijaciones o variables de la
máquina. Estas pruebas de calificación se realizan bajo la
supervisión de un inspector y/o ingeniero de soldadura.
3.7 Calificación del soldador
Las pruebas de calificación del soldador se aplican
principalmente a la soldadura manual y los métodos de
soldadura por procesos GMAW, GTAW, FCAW, SAW,
PAW. En los que la capacidad del operario ejercerá
influencia sobre el resultado final.
La necesidad de probar la capacidad de los soldadores se
aplica a un gran número de industrias en las que la
calidad de soldadura es de gran importancia, tales como
la fabricación de recipientes a presión, tubería para
industrias químicas y petroleras, estructuras de puentes y
edificios, y para las industrias aeronáuticas y
automotrices.
Los soldadores que no han sido todavía calificados o los
que se han calificado pero no han hecho contrato de
soldadura por alrededor de seis meses, deben someterse a
recalificación, igualmente los soldadores que sugieran
dudas y/o errores en la aplicación.
Los diversos códigos exigen para el operario pruebas de
calificación y aún más, las compañías de seguros exigen
pruebas de trabajos periódicos de los operarios. Los
usuarios en general exigen pruebas de calificación del
soldador antes de la fabricación. La calificación de los
soldadores para determinados trabajos de gran
responsabilidad también la requieren las compañías que
realizan trabajos para entidades gubernamentales.
3.8 Control del producto soldado
El primer paso para controlar la calidad del producto
fabricado es asegurar que el soldador recibe el metal base
a soldar con la debida calidad, exento de laminaciones en
los bordes de soldadura y equipos en las condiciones
optimas de operación.
El segundo paso es verificar el diseño de junta con las
superficies de unión limpias. En términos más generales,
las operaciones previas a la soldadura, se deben llevar a
cabo conforme al WPS aplicable.
3.9 Control de materiales
Es uno de los criterios mas significativos que se deben
tener en cuenta en los procesos de fabricación y va
íntimamente relacionada con las especificaciones de
procedimientos de soldadura, toda vez que de la idónea
selección y verificación de los materiales base y
materiales de aporte, dependerán las características y
propiedades de las uniones soldadas, se requieren
entonces documentos para identificar materiales y
diagnosticar su trazabilidad en operación.
Un documento que se debe solicitar al proveedor es el
CMRT (certified material test record) reporte certificado
de prueba del material, en caso de no poseerlo, se deben
hacer los análisis y ensayos metalográficos y mecánicos
para que estén ubicados en el estándar.
3.10 Conservación de la soldadura
Dentro de la calidad total está el cuidado de la soldadura.
Casi todas las soldaduras son afectadas de forma adversa
por la humedad. Los electrodos revestidos de bajo
contenido de hidrógeno y el alambre de aportación de
aluminio o magnesio para soldadura por gas inerte, en
particular, no deben ser expuestos a una humedad
relativa del aire atmosférico superior al 70%. Los
almacenes de soldadura tienen a veces aire
acondicionado, pero es necesario que los armarios de
almacenamiento del sitio de trabajo sean provistos de
elementos de calentamiento eléctrico, para conservar los
materiales de soldadura secos. También se puede calentar
los recipientes de almacenamiento de electrodos de bajo
contenido de hidrógeno en el taller de fabricación
inmediatamente antes de utilizar.
3.11 Marcado y distribución de la soldadura
El uso equivocado de electrodos revestidos o de varilla
de relleno es frecuente y puede tener consecuencias
catastróficas. Por consiguiente, los electrodos para
soldadura eléctrica, los alambres utilizados en la
soldadura por gas inerte, y los carretes de alambre
utilizados en soldadura automática o semiautomática,
deben ser claramente marcados y distribuidos, dejando
una constancia de su correcto recibo por parte de los
soldadores.
3.12 Pruebas durante la construcción
Aquí la técnica de control de calidad depende de que el
proceso sea principalmente manual, en cuyo caso las
pruebas deben establecer la consistencia, calidad del
trabajo del operario, la exactitud y consistencia de las
calibraciones de la máquina. Siempre que la capacidad
del operario sea un factor esencial, como en la soldadura
manual, generalmente se efectúan placas de radiografía
de las soldaduras durante la construcción. Por ejemplo,
el código AWS D1.1 y AWS D1.3.para la calificación se
requiere pruebas de doblez de cara, raíz y lado en
materiales, mientras el código ASME sección IX requiere
pruebas radiográficas y pruebas de impacto sobre el
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depósito de soldadura para recipientes a utilizar a
temperaturas inferiores a cero grados celsius.
3.13 Ensayos destructivos
3.13.1 El examen destructivo
Se realiza normalmente sobre placas de prueba que son
cortadas para proporcionar las probetas requeridas. Las
pruebas de control de calidad de rutina más
frecuentemente realizadas sobre soldaduras a tope por
fusión son las de tracción, plegado, impactos, rotura
crítica ("nick-break") y de dureza, y en las soldaduras por
roldana y por puntos las pruebas son de tracción y corte.
3.13.2 El examen no destructivo
Es muy importante en el control de calidad. Las pruebas
pueden ser: Por radiografía, ultrasonido, partículas
magnéticas y tintas penetrantes. El examen de las
soldaduras, ya sea destructivamente o no, depende de los
siguientes criterios de inspección: requerimientos de
código, resistencia a la tracción desconocida, naturaleza
del material desconocida, fallas en el procedimiento.
Por ejemplo, los aceros de baja aleación están sujetos a
agrietamiento en la soldadura o en la zona afectada por el
calor, de modo que el examen debe procurar intentar
localizar cualquier grieta que pueda aparecer. El método
de examen debe, naturalmente, ser aplicable tanto al
material como a la unión. En este caso, se descarta el
método de partículas magnéticas que detecta grietas en la
superficie en las soldaduras de aceros ferríticos pero no
es aplicable a los aceros austeníticos y metales no
ferrosos. Similarmente, la radiografía no es en
generalmente apropiada para examinar las uniones
soldadas en ángulo, y cuando se necesita su inspección
debe emplearse otra técnica.
4 REFERENCIA PARA ELABORACIÓN DE
UN ESTANDAR
El primer paso de la estandarización, consiste en la
identificación de las principales variables presentes en el
proceso de fabricación específico, para el caso
referenciado de las industrias carroceras El ESTANDAR
deberá cumplir con los requerimientos de los Códigos
seleccionados conforme al tipo de producción, en éste
caso los códigos AWS Sección D.1.1-2000 (Estructural
Welding Code-Steel) Código para soldadura de acero
estructural, y AWS D1.3/98 (Structural Sheet
Code)Código para soldadura de chapa estructural; El
estándar realizado se dividió en dos tomos discriminados
de la siguiente manera:
TOMO 1 Generalidades de las soldaduras:
TOMO 2 Especificación de los Procedimientos de soldadura y
reportes de procedimiento de calificación
En cada tomo se aplicaron los criterios definidos en el
numeral 3. Se inicia con la verificación de los materiales
base, los cuales deben cumplir con las especificaciones
para fabricación de carrocerías conforme a los códigos
citados, asimismo los materiales de aporte debidamente
certificados.
El paso siguiente corresponde a la verificación y
selección de los procesos de soldadura disponibles en la
empresa, y aplicables a la producción de carrocerías, se
selecciona el proceso GMAW y se procede a la
calibración de los mismos.
En la calibración se determinaron los parámetros de
soldadura para cada espesor de material base y cada
grupo de material, cada posición a soldar, consignándose
ésta información como reportes de procedimiento de
calificación (PQR)en los respectivos WPS.
Una vez realizada la calibración de los equipos, se
procede a la calificación del recurso humano conforme a
los lineamientos de cada código. En ésta fase cada
Sección B1 Introducción al manual de soldadura
Sección B2 Presentación
Sección B3 Prácticas de soldadura en planta
Sección B4 Materiales base
Sección B5 Metales de aporte
Sección B6 Generalidades de los procedimientos de
soldadura
Sección B7 Estilos de juntas
Sección B8 Proceso manual de soldadura de arco
con electrodo revestido (SMAW)
Sección B9 Proceso de soldadura de arco con
electrodo de tungsteno (GTAW-TIG)
Sección B10 Proceso de soldadura de arco
sumergido (SAW)
Sección B11 Proceso de soldadura de arco con gas
protector (GMAW-FCAW).
Sección B 12 INTRODUCCION
Sección B 13 JUNTAS EN FILETE (GMAW-AWS
D1.3)
Sección B 14 JUNTAS EN FILETE (GMAW-AWS
D1.1)
Sección B 15 JUNTAS A TOPE (GMAW-AWS
D1.3)
Sección B 16 JUNTAS A TOPE (GMAW-AWS
D1.1)
Sección B 17 FABRICACION DE CHASIS (anexo I
)
Sección B 18 INSPECCION Y ENSAYOS (Anexo
II)
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operario de soldadura debe realizar las pruebas de
competencia en la condición especifica en que se requiera
su calificación y certificación, para ello se disponen de
cupones de prueba (probetas de las mismas
características de producción) en los cuales se realizan
los diferentes depósitos de soldadura, en las diferentes
posiciones a soldar, teniendo en cuenta los diferentes
diseños de junta. Durante todo el proceso de calificación
las variables esenciales son verificadas, supervisadas y
registradas por inspector certificado quien evaluará por
inspección visual las soldaduras realizadas y procederá a
ordenar el estampe de los cupones aceptados para las
pruebas de laboratorio.
Realizada la verificación de procedimiento, y la
aceptación de los cupones de prueba, se procede a los
ensayos destructivos y no destructivos, de su resultado
dependerá la calificación final del operario. Los
resultados de los ensayos se consignan como PQR en los
respectivos WPS y forman parte integral del estándar.
Una vez realizado el estándar, su control y revisión es
responsabilidad exclusiva de la Gerencia de calidad, su
edición y distribución de la Gerencia de Ingeniería, y su
aplicación de la Gerencia de producción.
4.1 Edición y revisiones
Para alcanzar una mejor difusión y desarrollo de las
prácticas de calidad en la Empresa, es necesario revisar y
actualizar permanentemente el estándar de soldadura a
medida que ocurran cambios en tecnologías, bien sea por
entidades de investigación o bien sea por actividades
específicas, e innovaciones de la empresa.
Cuando los cambios ocurran, se debe realizar una nueva
revisión, para lo cual se debe tener en cuenta:
4.1.1 El jefe de la Gerencia de Ingeniería es el
responsable por la edición, las revisiones y el
control del estándar de soldadura. Todas las
revisiones serán aprobadas por él, volviéndose de
forzosa aplicación para las actividades
correspondientes.
4.1.2 Cada copia controlada del estándar se identificará
de acuerdo con el número asignado a cada
dependencia.
4.1.3 La persona en cada área a quien se le asigne el
estándar, será responsable por la actualización y
manejo del mismo.
4.1.4 Todas las copias del estándar deberán estar
disponibles para una auditoria periódica por parte
de la gerencia de calidad y los organismos de
control.
4.2 Responsabilidades
4.2.1 Del jefe de la Gerencia de Ingeniería o su
designado
Asigna estándar de acuerdo a las necesidades
presentadas por el Jefe de cada una de las Divisiones
de la Empresa.
Aprueba los cambios y revisiones que se lleven a
cabo en el estándar.
4.2.2 De la Gerencia de calidad
Mantiene un manual maestro que sirva como
comparación.
Mantiene la lista maestra actualizada de las copias
controladas y el nombre de las personas a quienes se
les asigna
Hace un seguimiento para que el estándar se
encuentre actualizado con la ultima revisión en las
diferentes dependencias y que se haga una difusión
correcta entre las personas involucradas.
Utiliza ampliamente la calificación de
procedimientos y soldadores, lo cual garantiza el
control sobre los procesos y el producto.
4.2.3 De las personas a quienes se les asigna.
Actualiza el estándar con los nuevos procedimientos
y/o revisiones tal como los recibe del área de
normalización, destruyendo la parte o partes
obsoletas objeto de la revisión.
Firma la “Lista de distribución” y la devuelve a la
Gerencia de calidad como señal de recibido.
Tiene disponible su manual asignado para consulta
del personal de su sección y cuando sea requerido
para la revisión periódica por parte de la Gerencia de
calidad.
No permite fotocopias de la información contenida
en el manual sin la previa autorización de la
Gerencia de Ingeniería o del jefe de la División a que
pertenece.
4.3 Método de revisión
Cuando sea necesaria la revisión de un capitulo o
parte de él, este se editará completo como versión
revisada.
Con el objeto de mantener actualizado el estándar,
cualquier funcionario de la Compañía puede solicitar
su revisión a medida que se desarrollen avances
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tecnológicos tanto internos como externos. Esta
solicitud se debe cursar por intermedio del jefe del
Area al encargado de la Gerencia de Ingeniería.
5. CONCLUSIONES
En los diferentes procesos de fabricación, es la unión de
metales el más regulado, por ésta razón es de suma
importancia tener procedimientos normalizados y
amparados en códigos internacionales que involucren las
múltiples variables que en el intervienen, partiendo del
recurso humano, en éste caso los soldadores con todas
sus competencias (conocimiento-habilidad-ética),
siguiendo con las materias primas (material base y de
aporte) y los equipos de soldadura (debidamente
calibrados).
El aseguramiento de la calidad es el componente más
relevante, constituye la vía para optimizar la
productividad y competitividad entorno a los diferentes
productos y servicios, siempre que éstos se encuentren
estandarizados.
6. BIBLIOGRAFÍA
[1] Código Clínico ANSI/AWS D1.1/2000,
Publicaciones AWS, USA.
[2] Código Clínico ANSI/AWS D1.3/1998,
Publicaciones AWS, USA.
[3] Simbología para soldadura ANSI/AWS A2.4/1979,
Publicaciones AWS, USA.
[4] Welding Inspection technology, 4a Edición/2000
Publicaciones AWS, USA.
[5] Manual técnico de soldadura, Ing. Alberto Zapata
Meneses, En edición.
[6] Guía para la elaboración de estándares de soldadura,
Ing. Alberto Zapata Meneses, En edición