Armado de tuberías. FMEC0108

4. Técnicas de soldadura de tubería

En las instalaciones de tuberías, para asegurar la continuidad del fluido o del sólido que se encuentra en su interior, se deben realizar uniones en sus extremos, para además poder incluir en sus recorridos elementos de regulación y uniones de recorridos secundarios.

Los extremos de los tubos y otros elementos deben tener una preparación previa para poder realizar la técnica de soldeo adecuada, que asegure la función de estanqueidad que se requiere con el producto que se transporta.

La soldadura es el método de unión fija más empleado actualmente, y ha sustituido a otros métodos de unión; incluso, gracias a ella, a grandes piezas que se realizaban tradicionalmente de fundición como las bancadas de las máquinas.

Definición

Soldadura

Consiste en calentar las piezas a unir hasta el punto en que los componentes se hacen uno, ayudando mediante la aportación de un material compatible con las piezas.

En las instalaciones de tubería industrial, con la unión de las diferentes partes, se consigue resistencia, ligereza y rapidez en la realización del conjunto final.

De esta manera se puede tener una primera clasificación general de los procedimientos empleados para las uniones soldadas:

1 Con metal de aportación:Soldadura oxigás (oxiacetilénica).

Sabía que...

En este tipo de soldadura, para lograr una fusión rápida (y evitar que el calor se propague), se utiliza un soplete que combina oxígeno (como comburente) y acetileno (como combustible). La mezcla se produce con un pico con un agujero central del que sale acetileno, rodeado de 4 o más agujeros por donde sale el oxígeno.

1 Soldadura eléctrica por arco (electrodo revestido, arco revestido).

1 Sin metal de aportación:Soldadura por puntos.

La capacidad mecánica de la soldadura es variable, ya que se produce de distinta manera según la zona donde se analice. Cerca del cordón existen deformaciones en el elemento debido al calor, disminuyendo conforme se aleja de la zona soldada.

4.1. Formas de unión, preparación y electrodos

Las uniones soldadas, dependiendo de la forma de unión de las piezas que forman las instalaciones de tuberías, se pueden presentar de tres maneras:

1 Unión a tope. Se mantiene la continuidad, realizándose el cordón con el espesor inicial de las piezas a unir. Se realiza un resalto para reforzar la unión.

2 Unión en ángulo. Para piezas que se dispongan en ángulo agudo o perpendicular.

3 Unión a solape. Se disponen las piezas una encima de la otra de manera que existirá un escalón. Los cordones de unión se pueden realizar de forma frontal, lateral y oblicua.

La preparación de las superficies a soldar es una actividad esencial para el buen funcionamiento de la soldadura que se realice. Existen preparaciones en “V”, en “H”, en “K”.

En la soldadura eléctrica por arco, el electrodo es el elemento que sirve de “unión teórica” entre los elementos a soldar, permitiendo el paso de las cargas eléctricas y la fusión de las piezas a unir. El recubrimiento es importante, ya que sirve para evitar la oxidación del acero y como material de aportación.

Recuerde

Dependiendo de la forma de unión de las piezas que forman las instalaciones de tuberías, las uniones soldadas pueden ser: unión a tope, unión en ángulo o unión a solape.

4.2. Tipos de soldadura

En principio, es esencial conocer en general las diferencias fundamentales entre los tipos de soldadura para poder clasificarlas.

Con metal de aportación (oxigás y eléctrica por arco)

En los dos tipos de soldadura se calientan las superficies, efectuando un aporte de material que hace de unión entre las piezas.

La forma de aportar es distinta. En el caso de la soldadura oxigás (oxiacetilénica), se realiza mediante una varilla de material compatible mientras se calientan las superficies con una mezcla de oxígeno y acetileno que mantiene la llama encendida. En el caso de la soldadura eléctrica por arco es el mismo electrodo, que hace de puente para formar el arco, el que se funde, aportando material a la unión.

Sin metal de aportación (por puntos)

Se realiza haciendo pasar electricidad a mucha intensidad por los extremos de las pinzas, fundiéndose las piezas a unir en el punto donde se ha realizado el pinzamiento. El efecto Joule se aplica, además de industrialmente en la soldadura, en el funcionamiento de los electrodomésticos como los hornos, tostadoras y calefacciones eléctricas, por medio del calor que emite la resistencia del aparato.

Nota

El movimiento de los electrones en un cable es desordenado; esto provoca continuos choques entre ellos y como consecuencia un aumento de la temperatura en el propio cable. Es lo que se conoce como “efecto Joule”.

La Ley de Joule relaciona la intensidad (I) de la corriente, la resistencia (R) y el tiempo (t) durante el cual el circuito está cerrado. Se calcula con ella el calor que se desprende en un circuito.

En la fabricación industrial, en los tubos que se construyen curvando la chapa en forma circular, la soldadura se realiza de manera continua en la dirección longitudinal del tubo.

La soldadura por puntos se aplica también en montajes de elementos de automoción, realizándose de manera veloz, con lo que se consigue una gran seguridad y acabado.

Sabía que...

Generalmente se destina a la soldadura de chapas o láminas metálicas, aplicable normalmente entre 0,5 mm y 3 mm de espesor.

4.3. Defectos en las soldaduras

En estos métodos de unión, aunque se realicen mediante máquinas, siempre existen defectos que hacen que la soldadura quede mejor o peor terminada. Pueden aparecer desde empalmes y remates mal realizados o en defectuosas condiciones, hasta mordeduras y entalladuras, pasando por una falta de adherencia y penetración por parte del material de aportación utilizado. La porosidad y las inclusiones de escoria completan los defectos característicos que pueden aparecer.

Siempre la mano experta del personal que los realiza influye positivamente en el acabado adecuado que se debe conseguir.

Sabía que...

Las actuales técnicas de radiografiado de soldaduras aportan mucha visión para detectar los defectos que pueden aparecer a nivel microestructural.

4.4. Características y utilización

La característica fundamental que tienen las uniones realizadas por soldadura es que no son desmontables (las uniones atornilladas sí), de manera que se consigue la continuidad y estanqueidad de las piezas que se unen.

Su utilización está muy extendida, tanto en la realización de uniones a tope de tramos rectos y curvos, como en los injertos de unión o diversificación de líneas de transporte.

Sistemas de unión soldada empleados

Anteriormente se describieron las formas de unión con elementos atornillados exclusivamente. En la unión de los tubos a las bridas que se atornillarán, se utiliza la soldadura para fijar estos elementos, como paso previo al armado de los diferentes tramos y elementos auxiliares de las instalaciones de tubería industrial.

Dependiendo del acabado en los extremos de los tubos o accesorios y otros elementos a soldar, se pueden encontrar:

De extremo plano

Las caras de bridas se encuentran en contacto, realizándose la soldadura en la parte exterior, normalmente en un reborde que tiene la brida por construcción. Eventualmente se puede colocar una junta elástica en el anillo de unión entre bridas.

De enchufe y soldadura

La brida dispone de un rebaje donde se centra el tubo, realizándose de igual manera la soldadura en la parte exterior, en toda la longitud del reborde de la brida.

Deslizante

Se realizan dos soldaduras, una externa como anteriormente, y otra interna de seguridad, manteniendo un anillo libre en el agujero de la brida.

De cuello para soldar a tope

En este tipo, se mantienen uniformes los diámetros interiores del tubo y de la brida, realizándose la soldadura a tope en un cuello que tiene la brida.

Recuerde

Siempre la mano experta del personal que realiza la soldadura influye positivamente en el acabado adecuado que se debe conseguir.

Brida loca

En uniones que se realizan con extremos de tubos con pestaña, se utiliza un elemento llamado valona, que hace de pieza intermedia para la unión soldada al tubo, y como tope donde se puede desplazar la brida llamada loca. Esta está libre hasta que se realice la unión con elementos roscados.

Brida ciega

Se atornilla al final de un tramo, tapando el canal de transporte (tubería). Su eventual desmontaje se realiza para una limpieza y mantenimiento en la instalación.

Unión soldada a tope sin bridas

En las uniones que requieren estanqueidad, la soldadura es el método más empleado en el armado de tubería industrial, pero además existen en la actualidad pegamentos con los que se consiguen uniones muy potentes.

Importante

En las soldaduras a tope, la preparación de las superficies es absolutamente fundamental para conseguir una buena soldadura.

Dependiendo del espesor de la chapa a soldar, se pueden presentar cinco tipos de preparaciones, según la norma de obligado cumplimiento DIN 2559 para chaflanes de soldadura.

Tanto en la unión del tubo en su dirección circular como en los injertos de tubos se realizará la soldadura alrededor de todo para asegurar la estanqueidad de la tubería. Los rebordes de más asegurarán la perfecta unión de las partes soldadas.

Herramientas y operaciones de soldeo

La herramienta de soldeo que se utiliza en la soldadura eléctrica por arco es la soldadora, en la que se reduce el voltaje de la corriente eléctrica, aumentando la intensidad, consiguiendo una fusión del electrodo por calor.

El esquema básico de las operaciones de soldeo está expresado en la imagen, en la que se cierra el circuito eléctrico desde el electrodo y la pinza, con el arco eléctrico que hace que se funda y aporte material a la superficie preparada de la pieza.

Sabía que...

No todos los metales son adecuados para la soldadura, y no todos los metales de relleno trabajan bien con materiales base aceptables.

A continuación se van a describir las operaciones básicas para el soldeo de las tuberías:

1 Se toman todos los equipos de protección individual y, una vez realizadas las comprobaciones de seguridad en el equipo, se fijan los tubos a las mordazas de banco y se procede a realizar las soldaduras.

2 Se preparan las superficies a soldar, limpiándolas con el cepillo metálico para que no tengan suciedad o grasas.

3 Se une el electrodo revestido al portaelectrodos, y se acerca a las piezas a unir, teniendo cuidado de no tocar el electrodo ni ninguna parte metálica para no sufrir quemaduras por calor, debido a la gran intensidad en la corriente.

4 Realizar varias pasadas a lo largo del cordón alrededor de los tubos de manera que el cráter que se forma no se haga muy grande y se funda la pieza. Realizarlas uniformemente, a la misma velocidad y no dejando huecos en el cordón.

5 Entre cada una de las pasadas, realizar una limpieza de la escoria para obtener una soldadura en buenas condiciones.

6 Limpiar la superficie del cordón de soldadura, para que no se produzcan oxidaciones.

Sabía que...

La Edad Media trajo avances en la soldadura de fragua, con la que los herreros repetidamente golpeaban y calentaban el metal hasta que ocurría la unión.

5. Accesorios y medios auxiliares

Las instalaciones de tubería industrial están compuestas por llaves y válvulas que regulan y diversifican los productos que se transportan, armándose mediante elementos de unión y auxiliares que ayudan en el montaje y disposición de las diferentes líneas de que consta una instalación.

5.1. Tipos, características, montaje e instalación

Se pueden encontrar diferentes elementos que ayudan al armado e instalación de las tuberías, y teniendo en cuenta la variedad, características y formas, se describen los más genéricos e importantes.

Tipos de válvulas

En las instalaciones se encuentran repartidos unos elementos fundamentales llamados válvulas que realizan las funciones de corte, aislamiento, regulación y seguridad para el transporte del fluido (líquido o gas) con el que se está trabajando.

La identificación de cada uno de los tipos de válvulas, de manera general, servirá para conocer el funcionamiento de la instalación, aunque se debe centrar el estudio en el armado de estos elementos dentro del conjunto.

Una clasificación de las válvulas, dependiendo del trabajo que son capaces de realizar, será:

Válvulas interruptoras

Realizan el corte del fluido de la instalación, siendo su trabajo de forma “todo o nada”, dejando pasar o interrumpiendo totalmente el flujo.

Pueden ser de diferentes tipos:

Válvula interruptora de compuerta

Es la más simple. Dispone de una compuerta que corta totalmente o deja pasar el fluido a través de la tubería. Su funcionamiento es muy básico, y se puede utilizar eventualmente como reguladora de flujo cuando no se dispone de otro tipo de válvula reguladora.

Válvula interruptora de bola

Esta válvula tiene una bola con un taladro igual al diámetro de la tubería. No regula el flujo ya que deja pasar el fluido totalmente cuando está abierta, cortando también totalmente cuando está cerrada. El corte es más suave que la anterior de compuerta.

Válvula interruptora de bola

Recuerde

Las válvulas son unos elementos fundamentales que realizan las funciones de corte, aislamiento, regulación y seguridad para el transporte del fluido (líquido o gas) con el que se está trabajando.

Válvula interruptora de macho

Es similar a la de bola, pero dispone de un cilindro con el taladro de la tubería. El corte es menos suave que en la válvula de bola. El paso del fluido es todo-nada, como las anteriores.

Interruptora de mariposa

La pieza de corte es circular. Gira verticalmente, dejando pasar o cortando el fluido. Se produce alguna pérdida de carga al estar la “mariposa” colocada de perfil.

Válvulas reguladoras

Realizan la regulación del fluido de la instalación, dejando pasar un porcentaje determinado, dependiendo de la necesidad de cantidad o de presión requerida. También se pueden utilizar como válvulas interruptoras, aunque este no es su trabajo fundamental.

Existen diferentes tipos:

Válvula reguladora de asiento o globo

El desplazamiento vertical de la pieza hace que se pueda regular el paso, consiguiendo aumentar o disminuir el flujo o la presión del fluido que se transporta. Puede cerrar o abrir totalmente el paso.

Válvula reguladora de husillo en “Y”

Es un caso particular de la anterior válvula de asiento, pero con la ventaja de ocupar menos espacio y conseguir una mayor finura en la regulación, evitando la pérdida de carga o presión en el fluido debido a que este no debe realizar un recorrido enrevesado.

Válvula reguladora de aguja o punzón