Soldadura en ambiente húmedo

Actividades industriales. Proceso, equipo y seguridad bajo el agua. Cámara hiperbárica. Impermeabilidad y conductores

  • Enviado por: Eldoido
  • Idioma: castellano
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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 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.

  • 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:

    • 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 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, 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.

    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