soldadura

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Cómo Evaluar Defectos en Soldaduras

Penspen Integrity

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SOLDADURAS DE TUBERÍAS….

Las soldaduras de costura longitudinales habrán superado la prueba de fábrica y la prueba hidróstática previa al servicio, por lo que no deberían tener grandes defectos (que preceden al servicio).

Las soldaduras circunferenciales se manufacturan en campo, y los esfuerzos creados por la prueba hidrostática serán de <50% que aquellos que experimentan las soldaduras longitudinales.

Imágen tomada de www.ukopa.co.uk

Soldadura Longitudinal “Pobre”

Soldadura Circunferencial “Pobre”

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SOLDADURAS LONGITUDINALES EN TUBERÍAS

Las soldaduras longitudinales pueden contener defectos. Estos defectos pueden provenir del proceso de manufactura:

Todas las soldaduras contienen defectos, pero las soldaduras

longitudinales deben contener solamente defectos muy

pequeños ya que han sido inspeccionadas y probadas a fondo.Algunas soldaduras en aceros más viejos pueden contener

defectos grandes:Los procedimientos de inspección y soldadura pueden ser pobres

Algunas tuberías fueron sometidas a niveles bajos de pruebas hidrostáticasPor ej. algunas líneas líquidas fueron probadas a 1.1xMAOP antes de los 60’s

El principal problema con defectos que han quedado en las soldaduras longitudinales es que estos pueden ser una fuente de fatiga.

Si una tubería es sometida a presión interna cíclica, se presentarán

esfuerzos circunferenciales cíclicos en la pared del tubo. Estos pueden hacer que los defectos en la soldadura crezcan El defecto puede crecer hasta un tamaño que cause la falla

El acero para tuberías moderno está libre de estos defectos grandes.

Tomado del sitio web de Tapline

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SOLDADURAS CIRCUNFERENCIALES DE TUBERÍAS

El uso de tubos de acero y la introducción de la soldadura de arco eléctrica en la década de 1920 establecieron las técnicas para la instalación moderna de tubos y a esta fecha hemos sofisticado la soldadura automática tanto terrestre como marina.

Los avances en la tecnología de bombeo hicieron posible transportar petróleo de una forma barata y rápida a presiones de más de 2.000 libras por pulgada cuadrada y más.

Con la llegada de aceros de alta resistencia ahora es posible soldar tubos de X80 y pronto estaremos soldando X100.

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SOLDADURA CIRCUNFERENCIAL EN TUBOS

La cuadrilla de soldadores inician el proceso de unir los tubos de acero en una sola tubería continua utilizando procedimientos de soldadura manuales, semiautomáticos y automáticos.

A las soldaduras se les realizan pruebas de rayos X utilizando una máquina para tal propósito con el fin de asegurar que las uniones de los tubos han sido soldadas en forma apropiada.

Después de revisar las soldaduras con rayos X e inspeccionarlas, el tubo se limpia y se cubre para prevenir la corrosión.

La mayoría de tubos se revisten en la planta con un material epóxico duro de refuerzo o revestimiento de polietileno extruido para prevenir la corrosión del acero. Sólo en soldaduras revestidas durante la construcción.

Ver página web de Gulfstream y www.welded-construction.com

Procedimientos de seguridad e integridad de tuberías incluyen inspección con Rayos X, ultrasonido y certificación de soldadura

Las juntas (o uniones) de tuberías son revestidas e inspeccionadas.

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TIPOS DE SOLDADURA EN TUBERÍAS

Soldadura al arco manual - El proceso más común

El electrodo es de metal cubierto con material cerámico

El electrodo se funde y se agrega al metal soldado (se le llama consumible)

También se le conoce como SMA (soldadura eléctrica al arco) o con varilla.

La cubierta del electrodo se funde (y cubre el baño de soldadura de fundente líquido de forma similar al flujo en la elaboración de hierro y acero), y también libera gases que ayudan con la cubierta protectora.

Cuando se termina de soldar, el soldador elimina el fundente solidificado (escoria) con un martillo y un cepillo.

Soldadura con electrodo de alambre consumible protegido por gas (GMA)

También llamada MIG, or soldadura de alambre con gas inerte

Se utiliza un rollo de alambre como electrodo consumible

Flujo de gas inerte (argón, helio) a través del soplete hacia las piezas de trabajo, para proteger la soldadura de la atmósfera.

Puede ser manual o automática

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SOLDADURA CIRCUNFERENCIAL EN TUBERÍAS

La soldadura de tuberías normalmente se lleva a cabo con el proceso SMAW [Soldadura eléctrica al arco con metal recubierto] o el proceso mecanizado GMAW [Soldadura eléctrica al arco con gas activo]. En esencia es una construcción de producción en línea con la fuerza de trabajo que pasa a lo largo de la línea, con cada sección haciendo su parte del trabajo. Ambos procesos utilizan el método de soldadura vertical descendente. Para permitir esto para el proceso SMAW, por lo general, los electrodos son de tipo celulósico. Esto puede causar problemas debido al alto nivel de hidrógeno producido por el proceso. La soldadura mecánica utiliza un proceso de bajo hidrógeno, pero el equipo debe ser diseñado especialmente para tuberías. Cuando se instala en forma apropiada, puede producir soldaduras de alta calidad a una tasa alta de trabajo pero se requiere de una gran cantidad de soldaduras para que resulte económico.

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Algunas de las circunstancias que pueden darse cuando se presenta la necesidad de evaluar defectos en las soldaduras circunferenciales de las tuberías son: En construcciones nuevas – por ejemplo cuando se usan métodos nuevos de inspección y

de soldadura y cuando se crean o se encuentran más defectos o defectos nuevos. Al encontrar una (o varias) soldadura circunferencial defectuosa durante una inspección

durante el servicio. Cuando ocurre una falla debido a una

soldadura circunferencial defectuosa (investigación de la falla)

Por lo general, las soldaduras circunferenciales no son un problema en las tuberías: No representan una causa mayor de fallas

– solo el 2% de todas las fallasen gasoductos de los EUA se debe a soldaduras circunferenciales.

La mayoría son fugas y norupturas, y no se han registrado víctimas o fallas a causa de estas soldaduras en los EUA.

Imágen tomada de www.ukopa.co.ukR2003/1


SOLDADURA CIRCUNFERENCIAL EN TUBERÍAS - Defectos

cubierta

raíz

grieta

Falta de fusión en la raíz

Falta de fusión en el costado

Falta de fusión en la cubierta

porosidad

escoriaFalta de fusión de recorrido interno

Figura tomada de R Denys, University of Gentarticle in Pipeline and Pipelines Journal

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SOLDADURA CIRCUNFERENCIAL EN TUBERÍAS - Defectos

Fusión incompleta

Penetración de junta incompleta

Falta de relleno

Grieta del metal de soldadura

Grieta en la subcapa

Grieta en la raíz

Grieta en la superficie de la raíz

Grieta en la raíz

Grieta en la interfase de la soldadura

Grieta en la zona afectada por el calor

Grieta en el pie de la soldadura

Fusión incompleta

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SOLDADURA CIRCUNFERENCIAL EN TUBERÍAS - Inspección

Inspeccionamos las soldaduras circunferenciales nuevas por medio de:

Rayos X (lo más popular)ultrasonidos

Rayos X de un brazo fracturadoRayos X

película

Ondas ultrasónicas Defecto plano (2D) Defecto no-plano (3D)

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2cd

R

t


Todas las soldaduras contienen defectos. Por lo tanto, las normas de soldadura permiten

algunos defectos. Las normas americanas, canadienses y europeas para

las soldaduras circunferenciales permiten niveles de defectos similares.

Estos niveles son niveles de calidad de fábrica o “workmanship”

Las soldaduras antiguas pueden tener defectos mucho mayores que estos niveles de calidad.

Sabemos que estos defectos son usualmente insignificantes porque no han fallado.

Si deseamos evitar reparaciones costosas e innecesarias, debemos usar métodos ‘fitness-for-purpose’ (ffp) en estos defectos. Los códigos del Reino Unido, de los EEUU y Canadá

especifican y permiten su uso. El ‘EPRG’ ha publicado el conjunto más completo de

niveles de defectos ‘fpp’ en soldaduras circunferenciales.

raíz

cubierta

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DEFECTOS EN SOLDADURAS CIRCUNFERENCIALES – Niveles de Aceptación

POR LO GENERAL, EN LA MAYORÍA DE LOS CÓDIGOS DE SOLDADURA SE PERMITEN DEFECTOS SUPERFICIALES DE 25 MM O DEFECTO INCRUSTADOS DE 50 MM.

Las grietas por lo general no se permiten, las grietas pueden indicar que hay una mala soldadura, un material de mala calidad, un control de calidad inadecuado, etc. Las grietas, por lo general se reparan.

Dentro de los métodos fpp que se pueden aplicar a los defectos de las soldaduras circunferenciales en tuberías están los métodos estandarizados como el BS 7910:1999, o métodos específicos, como los que publica el EPRG (Grupo Europeo de Investigación de Tuberías).

Los defectos en soldaduras circunferenciales por lo general se evalúan utilizando las normas de fabricación de la soldadura.

Estas normas (por ej. BS4515, ASME 1104) permiten algunos defectos ‘planos’ y ‘no planos’. Los defectos no planos son la escoria, la porosidad, etc., y los defectos planos son la falta de fusión en el costado de la pared, etc. Los defectos no planos, por lo general, no son un problema, pero indican una calidad pobre, y podrían

enmascarar la presencia de defectos más serios. Los defectos planos pueden comportarse como grietas, por lo que no es deseable la presencia de este

tipo de defectos con mayor tamaño. Todas las soldaduras contendrán algunos defectos, por lo que las normas permiten que

permanezca un nivel razonable de defectos.

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SOLDADURAS CIRCUNFERENCIALES % INACEPTABLE PARA CODIGOS ACTUALES Fabricado antes de 1968 70

Fabricado entre 1968 y 1972 10 Fabricado después de 1972 0

SOLDADURAS CIRCUNFERENCIALES ANTIGUAS

Se puede observar con claridad que las soldaduras circunferenciales más antiguas pueden contener defectos inaceptables. Tales soldaduras son inaceptables para los estándares de las normas de calidad (“workmanship”), pero no necesariamente son inadecaudos para el uso después de una evaluación ffp.

Es claro que existe una necesidad de un análisis detallado por medio de la mecánica de fracturas para determinar la magnitud de este tipo de problema, y evitar así reparaciones innecesarias.

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SOLDADURAS CIRCUNFERENCIALES ANTIGUAS EN TUBERÍAS

TIPO DE DEFECTO NÚMERO DETECTADO EN 68 SOLDADURAS

Concavidad de la raíz 245 Fusión de la raíz incompleta 177 Falta de fusion de la raíz 107 Grietas 79 Total de defectos (plano y no-plano) 1,743

Todas las soldaduras se probaron en tensión, a gran escala

La mayoría fallaron a esfuerzos > fluencia,Pero algunas soldaduras con GRIETAS fallaron a esfuerzos por debajo de la fluencia.

axial

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PRUEBAS DE SOLDADURAS CIRCUNFERENCIALES EN TUBERÍAS: Defectos probados a Flexión

Predicción usando la ecuación de Kastner

1sin2

1p

tPR

p2

0

t

a1

0R

c

P= presión internaa= profundidad del defecto 2c= longitud del defecto 2R0= diámetro externo del tubot= espesor de la pared

Predicción de Esfuerzo de Falla/1.15 SMYS

Esf

uerz

o de

Fal

la R

eal/1

.15

SM

YS

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SOLDADURAS CIRCUNFERENCIALES EN TUBERÍAS

Los defectos de soldaduras circunferenciales en tuberías se pueden evaluar de las siguientes formas:

Estándares de calidad (“workmaship”), oMétodos Fitness for Purpose (ffp)

Los estándares de calidad se detallan en cualquier norma de soldadura, aunque varían de una a otra.

Estos estándares son apropiados para las soldaduras nuevas pero se consideran conservadores.

Los métodos Fitness for Purpose (ffp) se detallan en el API 1104, CSA-Z662-99 y el BSI 7910:1999El BSI 7910 es un documento de ffp completo – el cual provee los procedimientos para la evaluación de defectos en la mayoría de las estructuras.

El BSI 7910 detalla guías específicas para defectos en soldaduras.Contiene un apéndice (informativo) dedicado a tuberías y a sistemas a presión en general.Este apéndice dirige al usuario a las guías EPRG para evaluar defectos en soldaduras circunferenciales en tuberías.

Las guías EPRG se basan en análisis, pruebas a gran escala pruebas de modelos.Son consideradas “Estado del Arte” (de vanguardia) y debería utilizarlas en sus evaluaciones.

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SOLDADURAS CIRCUNFERENCIALES– PRUEBAS EN ‘PLACAS ANCHAS’

Pruebas de placa ancha – Universidad de Gent – cortesía del Prof. Denys.

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BASES DE LAS GUÍAS DEL EPRG

NIVEL 1 NIVEL 2 NIVEL 3 Defectos en forma/ perfil

BSI 4515 BSI 4515 BSI 4515

Socavación BSI 4515 API 1104

Pruebas de placa ancha

Pruebas a gran escala

Defectos planos BSI 4515 API 1104

Pruebas de placa ancha

Pruebas a gran escala

Defectos no planos

BSI 4515 BSI 4515 BSI PD 6493

BSI PD 6493 Pruebas a gran

escala Criterios de Interacción

BSI 4515 BSI 4515 BSI PD 6493


escala Criterios de acumulación

BSI 4515 BSI 4515 BSI PD 6493


escala

*No se permiten Grietas

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GUÍAS EPRG

•Las guías EPRG requieren una tenacidad medida en la prueba Charpy V para los niveles 1 y 2, y en la prueba ‘CTOD’ para el nivel 3

•Los niveles 1 y 2 requieren un Charpy de 30J (min), 40J (promedio).•El nivel 3 requiere un CTOD de 0.10mm (min), 0.15mm (promedio).

•Trabajos recientes* en la Universidad de Gent demuestran que estos valores son conservadores:

•Denys ha demostrado que los límites anteriores de 30/40J son equivalentes a 0.029/0.053mm CTOD.•Note que estos valores aún no han sido comprobados por las normas EPRG.

* R Denys et al, ‘Practical Toughness Requirements for Pipeline Girth Welds’, ‘New Developments in Land Pipelines’, Pipeline Industry Guild (PIG) Conference, Loughborough, UK, diciembre 2001

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NORMAS EPRG

TIpo de requerimiento

NIVEL 1 (nota a.) NIVEL 2 NIVEL 3 (nota b.)

Geometría Espesor de pared (t) 7 t 25.4 mm espesores de pared fuera de este rango deben ser acordados

7 t 25.4 mm

Altura del defecto 3 mm (recorrido individual de soldadura)

Observaciones adicionales

Los defectos no planos superficiales deben tratarse como defectos planos.

Tenacidad Charpy CVN (Promedio) 40J CVN (Mínimo) 30J

CTOD CTOD (Promedio) 0.15 mm CTOD (Mínimo) 0.10 mm

Observación adicional Valores Charpy y CTOD para la soldadura a temperatura mínima de diseño. Resistencia Pruebas transversales

de tension en soldaduras con el refuerzo de la soldadura removido

Aceptable si el especimen se rompe en el material base o cuando se rompe en el metal de soldadura con una resistencia a la tensión la resistencia a la tensión mínima especificada (SMTS)

Resistencia a la fluencia (YS)

SMYS (Tubo) 483 MPa

Coincidencia con la resistencia a la fluencia

Las pruebas se pueden realizar por un acuerdo especial para asegurar que YS(soldadura) YS(tubo)

YS(soldadura) YS(tubo) Medida de la resistencia a la fluencia, localización, tipo, y número de especimenes por acuerdo.

Razón resistencia a la fluencia a resistencia última de tensión (Y/T)

Y/T(Tubo) 0.90 Y/T(Tubo) 0.85

Observación adicional Solo soldaduras circunferenciales entre ductos de igual grado Carga Esfuerzo /Deformación

aplicada Deformación 0.5% Esfuerzo YS(Tubo)

Observación adicional No se incluyen el rendimiento de fatiga oneroso, o los efectos ambientales NDT Prueba no destructiva Prueba 100% no destructiva de la soldadura circunferencial del ducto

a. Se pueden utilizar estándares alternativos existentes de compañías, estándares CEN , API 1104, o BSI 4515 dentro de sus limitaciones definidas. b. El usuario puede especificar métodos de Evaluación Crítica de Ingeniería (Engineering Critical Assessment (ECA)) basados en cálculos fpp

documentados, o en pruebas apropiadas.

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NIVELES DE ACEPTACIÓN DE LA GUÍA EPRG

Tipo de defecto

Nivel 1 Criterios de aceptación

Nivel 2 Criterios límite

Nivel 3 Criterios límite

Perfil externo El exceso de metal de aporte debe ser uniforme y de no más de 3 mm en altura. Debe unirse uniformemente con el metal base, y no debe extenderse en más de 3 mm de la preparación original de la junta a cada lado. Ningún area debe tener el frente de la soldadura más bajo que la superficie del ducto adyacente.

Perfil interno El cordon de la raíz o cualquier otra concavidad debe unirse uniformemente con la superficie adyacente pero la soldadura no debe ser más delgada en ningún punto que el espesor del ducto.

Concavidad de la raíz

Longitud 25% de la circunferencia de la soldadura

Total 1.5 mm o 0.1 t (menor)

Socavación (“Undercut”) (cubierta)

Longitud 50 mm 7 x t Figura 1

Total 50 mm en cualquier circunferencia de 300 mm o 15% (menor)

7 x t en cualquier 300 mm

Figura 1

Socavación (“Undercut”) (raíz)

Longitud 25 mm 7 x t Figura 1

Total 25 mm en circunferencia de 300 mm u 8% (menor)

7 x t en cualquier 300 mm

Figura 1

Socavación (“Undercut”) (cubierta, raíz)

Profundidad 1 mm o 0.1 t (menor) Se asume que es < 3 mm

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8 10 12 14 16 18 20 22 24

ESPESOR MÍNIMO O MEDIDO DE PARED(mm)

0

10

20

30

40

50

60L

ON

GIT

UD

DE

DE

FE

CT

O (

% c

ircu

nfe

ren

cia

tu

be

ría

)

Total – Todos los defectos planos (2D)

Defectos planos interactuantes

Defetos planos individuales

Total –Todos los defectos

LÍMITES DEL NIVEL 3 DE LA GUÍA EPRG PARA SOLDADURAS CIRCUNFERENCIALES

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LÍMITES RECOMENDADOS PARA SOLDADURAS CIRCUNFERENCIALES

Los estándares API, CSA y BSI proveen normas en cuanto a los límites de defectos de soldaduras circunferenciales en tuberías, pero las normas EPRG están validadas con datos de pruebas recientes, y son fáciles de usar.

LÍMITES EPRG: Para el nivel 1 son una especificación de la soldadura, para nivel 2 son una

concesión, y para el nivel 3 cuando existe un gran problema. Los límites de los niveles 2 y 3 de las normas EPRG por lo general no se

especifican en la fase de construcción en una especificación de soldadura; las soldaduras circunferenciales modernas deben cumplir con facilidad los estándares de calidad (“workmanship”).

Se recomienda que los nuevos límites de las normas EPRG se usen para: Aplicaciones especiales en donde se anticipan defectos mayores (por ej.,

procesos nuevos) Como una concesión por parte del operador de la tubería (junto con las

claúsulas de multas) para evitar reparaciones innecesarias Como póliza de seguros para casos en donde se detecta un defecto durante

una auditoría posterior a la construcción o durante una inspección de durante el servicio.

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SOLDADURA CIRCUNFERENCIAL– DISEÑO DE FATIGA

Ver K McDonald, S Maddox, P Haagensen, ‘Guidance For Fatigue Design and Assessment of Pipeline Girth Welds’, 20 th Int Conf on Offshore Mechanics and Arctic Engineering’, June 2001, Rio de Janeiro, Brazil, OMAE01/MAT-3331. Todas las figuras que se presentan a continuación son tomadas de este artículo.

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SOLDADURA CIRCUNFERENCIAL – DISEÑO DE FATIGA - Historia

La fatiga por lo general no es una preocupación en soldaduras circunferenciales de tuberías de transmisión. Las líneas líquidas se someten a presión cíclica, pero esto tiene un efecto pequeño en la

dirección del esfuerzo axial. Algunas tuberías marinas (por ej., en espacios entre soportes, o estructuras bajo el agua

o flotantes) pueden experimentar grandes ciclos de esfuerzo axial, y estas tuberías también pueden someterse a fuertes ciclos durante la instalación.

Podemos evaluar la vida de fatiga de una soldadura de dos formas:

‘LIBRE DE DEFECTO’ - Normalmente evaluamos la vida de fatiga de una soldadura utilizando curvas ‘S-N’, donde ‘clasificamos’ a cada soldadura de acuerdo a su tamaño y proceso (la clase ‘A’ tiene una alta vida de fatiga, y la ‘W’ tiene una vida de fatiga baja).

DEFECTUOSA – Si tenemos un defecto (mayor que los de “workmanship”) en la soldadura no podemos usar las curvas S-N – tenemos que usar mecánica de fracturas, ej. BS7910.

Las siguientes láminas presenta la aproximación de las curvas S-N, por lo tanto estamos asumiendo una soldadura de buena calidad, sin defectos significativos, o defectos mayores a los aceptados por los estándares reconocidos (ej. BS4515 o API 1104), operando dentro de las condiciones de diseño.

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SOLDADURA CIRCUNFERENCIAL – DISEÑO DE FATIGA - Historia

Las soldaduras circunferenciales por lo general son de un solo costado (hechas desde un lado).

Sabemos que la condición de la raízde una soldadura, así como cualquier

desalineamiento tienen un efecto serioen la vida de fatiga (‘N’); por lo tanto, lassoldaduras circunferenciales se han con-siderado similares a las soldaduras de filete. Esta clasificación es muy fuerte y se divide así:

Clase F para soldaduras circunferenciales deun solo costado hechas en una láminade soporte permanente.

Clase F2 para soldaduras circunferenciales

sin lámina de soporte (es decir, asume posible raíz pobre y desalineamiento)

En este momento existe evidencia de que estas soldaduras tienen buena calidad de raíz

y de que el desalineamiento se puede controlar.

105

106

107

108

Endurance, cycles

30

50

100

200

300

Str

ess

ran

ge

, N/m

m2

Class C

Class E

Class F

Class F2

Class D

D - dow nhandE - positional/SAW

}

Resistencia, ciclos Lámina de soporte

Ran

go

de

esfu

erzo

s, N

/mm

2

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SOLDADURA CIRCUNFERENCIAL – DISEÑO DE FATIGA – Datos recientes

Datos recientes en soldaduras circunferenciales de un solo costado (hasta 16mm de espesor). La falla de fatiga siempre comenzó en la raíz

Todos los resultados están por encima de la línea F2, y la Clase E se observa como una clasificación razonable si se consigue una penetración completa en la raíz. La mayoría de los datos de fatiga de la soldadura circunferencial son confidenciales, pero se ha recomendado* lo siguiente:

Utilice la Clase F2 pero no incluya factores de magnificación de esfuerzo (SMF) para el desalineamiento permitido según las especificaciones de fabricación, o Utilice la Clase E pero incluya

el desalineamiento (e) Las fórmulas para el desalineamiento

de la placa están en BS 7910,pero podrían ser conservadores debido a las restricciones dela curvatura de la estructura.Como alternativa…

SMF = 1+(3(e/t)exp[-(D/t) -0.5]) D = diámetro, t = espesor

Las soldaduras circunferenciales con soporte temporal se puedenconsiderar ~Clase E

104

105

106

107

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Endurance, cycles

30

50

100

200

300

400

Str

ess

ran

ge

, N/m

m2

9mm, R = -1, Newman, 1956 16mm, R = 0.1, Scholte and Buisman, 1988 6-11mm, R = -1, Watanabe, 1981 14mm, R > 0, Light and Frank, 1993 6mm, R = -1, Maddox and Branco, 1998

Unbroken

BS Class D/HSE 1.0P

Class E/1.14P

Class F2/1.52P *K McDonald, S Maddox, P Haagensen, ‘Guidance For Fatigue Design and Assessment of Pipeline Girth Welds’, 20th Int Conf on Offshore Mechanics and Arctic Engineering’, June 2001, Rio de Janeiro, Brazil, OMAE01/MAT-3331.

Ran

go

de

Esf

uer

zos,

N/m

m2

Resistencia, ciclosR2003/1


SOLDADURA CIRCUNFERENCIAL – DISEÑO DE FATIGA – Guía*

El diseño de soldaduras circunferenciales usando datos S-N asume fallas de la cubierta o la raíz de la soldadura. No cubren las fallas de defectos que se pueden identificar.

Tales defectos (por ej., exceso de límites de calidad (“workmanship”), o defectos como agrietamientos superficiales) pueden reducir la vida de fatiga. Un ejemplo de niveles de aceptación para defectos no planos son lo presentados en BS 7910:

La guía se puede ofrecer para el siguiente rango de geometrías de tubos

*K McDonald, S Maddox, P Haagensen, ‘Guidance For Fatigue Design and Assessment of Pipeline Girth Welds’, 20th Int Conf on Offshore Mechanics and Arctic Engineering’, Junio 2001, Rio de Janeiro, Brazil, OMAE01/MAT-3331.

Clase Diseño Límite de aceptación de defecto Porosidad+ , % area en

radiografía Longitud de inclusión de

escoria, mm Socavación (“undercut”)

(profundidad/w.t.),* D 3 2,5 0,025 E 3 4 0,05 F 5 10 0,075 F2 5 35 0,1 G 5 Sin límite 0,1 +- Tamaño del poro del gas individual menor que el mínimo entre t/4 y 6mm *- Profundidad máxima permitida = 1mm

Característica de diseño Criterios límite Dimensiones de la tubería 8in. a 45in. (200 a 1125mm) Diámetro Exterior Espesor de pared 6-,50mm Resistencia del acero Hasta API 5L grado X70 Proceso de soldadura todos

Tolerancias de fabricación e = 0,15 t hasta 4 mm máximo desalineamiento axial

(compensación de espesor medio de pared) donde e = compensación, t = espesor de pared

Condiciones en servicio Falla de fatiga de raíz en el aire, o de cubierta (superficie externa del tubo) en agua del mar con CP

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SOLDADURA CIRCUNFERENCIAL – DISEÑO DE FATIGA– Guía*

La guía propuesta es la siguiente:

*K McDonald, S Maddox, P Haagensen, ‘Guidance For Fatigue Design and Assessment of Pipeline Girth Welds’, 20th Int Conf on Offshore Mechanics and Arctic Engineering’, June 2001, Rio de Janeiro, Brazil, OMAE01/MAT-3331.

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Endurance, cycles

20

50

100

200

300

Str

ess

ran

ge

, N/m

m2

ClassD /1.00PD/1.00P SW+CPD/1.00P SW+CPE /1.14PF /1.34PF/1.34P SW+CPF/1.34P SW+CPF2/1.52P

Constant1.52 x 10

12

6.08 x 1011

, N < 1.026 x 106

4.34 x 1015

, N > 1.026 x 106

1.04 x 1012

6.33 x 1011

2.53 x 1011

, N < 1.026 x 106

1.00 x 1014

, N > 1.026 x 106

4.31 x 1011

Design S-N curves ofthe form Sm.N = constant:-

Fatigue crack site and weld typeCap, single or double-sided

a, emax= 0.15t or 4mm

Root, double-sideda, emax = 0.15t or 4mm

Root, single-sideda, emax = 0.15t or 4mm

Cap, double-sidedb, e/tmax = 0.1

Root, double-sidedb, e/tmax = 0.1

Root, single-sidedb, e/tmax = 0.1

a km from Equ. [5];

b km = 1.0.

ClassD /1.00P, SW+CPD/1.00P airE /1.14PF /1.34P SW+CPF/1.34P airF2/1.52P

m33533353

Sea-water + cathodic protection(SW + CP)‘km’ es = 1+(3(e/t)exp[-(D/t)-

0.5])D = diámetro, t = espesor

Para las curvas es t<16mm.Espesor en incremento puede disminuir la vida de fatiga.

Si t>16, el rando de esfuerzo obtenido de la curva S-N debe multiplicarse por (16/t)0.15

e es desalineamiento

Ran

go

de

Esf

uer

zos,

N/m

m2

Resistencia, ciclos

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PICADURAS DEL ELECTRODO

Las picaduras/quemaduras del electrodo son fundiciones localizadas del tubo, que por lo general ocasionan: Una pequeña depresión en la pared de tubo, Un área de dureza local

El endurecimiento de la capa puede aumentar la vulnerabilidad al agrietamiento ambiental.

Y posibles grietas pequeñas Las normas de soldadura exigen que se remuevan las

picaduras/quemaduras del electrodo No se consideran como un problema:

No causan fallas durante el servicio* El área endurecida/agrietada es muy pequeña e insignificante

Pero limarlas (o pulirlas) es una buena práctica. Asegúrese de que el espesor de pared local no se reduzca por debajo del

mínimo especificado.

*Hay en los registros una falla vieja, que se piensa fue causada por agrietamiento por hidrógeno en la región de dureza alta. VerR J Eiber et al, ‘NG-18 Research Types of Defects’, Research Report para PRC de AGA, Abril 1968

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SOLDADURAS CIRCUNFERENCIALES – INFORMACIÓN ADICIONAL

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SOLDADURAS CIRCUNFERENCIALES EN TUBERÍAS Grado del tubo

Al soldar grados de acero de más de X65, el procedimiento normal es utilizar un proceso ‘manual’, como el proceso SMAW (soldadura eléctrica al arco con metal recubierto), con electrodos celulósicos que se desplazan en dirección vertical descendente.

Los aceros de tuberías de mayor resistencia, en particular los de grado X100, no pueden soldarse en su totalidad utilizando electrodos celulósicos ya que las grandes cantidades de hidrógeno que generan estos consumibles durante el proceso de soldadura pueden ocasionar fisuras por hidrógeno en el metal soldado de alta resistencia.

Por consiguiente, se debe cambiar a un consumible de bajo hidrógeno para soldadura SMAW, o se puede cambiar de proceso y utilizar la soldadura de metal al arco con gas activo (GMAW) o la soldadura al arco con varilla de núcleo fundente (FCAW).

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•La soldadura circunferencial en tuberías contendrá ‘esfuerzos residuales’.•Estos son esfuerzos que se crean durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de la soldadura.•Estos esfuerzos se pueden incrementar por medio del incremento en el tamaño o el espesor de las soldaduras.•Se pueden reducir mediante el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT)•La soldadura circunferencial en tuberías no tiene el tratamiento térmico posterior a la soldadura PWHT ya que por lo general tienen paredes delgadas.

•Se acostumbra asumir un nivel de esfuerzos residuales de resistencia a la fluencia en una soldadura que no ha tenido el tratamiento PWHT.•En soldaduras circunferenciales de una sola cara, se ha demostrado que los esfuerzos residuales en la raíz disminuyen y pueden volverse compresivos cuando hay un incremento del espesor superior a los 25mm*.

*K McDonald, S Maddox, P Haagensen, ‘Guidance For Fatigue Design and Assessment of Pipeline Girth Welds’, 20th Int Conf on Offshore Mechanics and Arctic Engineering’, June 2001, Rio de Janeiro, Brazil, OMAE01/MAT-3331.

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