¿Cómo soldar tubos de acero al carbono?

Las tuberías de acero al carbono se utilizan ampliamente en las industrias de petróleo y gas, química, energía, estructuras de construcción y sistemas de tuberías de agua. La calidad de la soldadura determina directamente la resistencia, el sellado y la vida útil de las tuberías de tuberías de acero al carbono. Los métodos de soldadura para tuberías de acero al carbono incluyen la soldadura manual por arco eléctrico, la soldadura por arco sumergido y la soldadura por gas. El método de soldadura adecuado debe determinarse en función de la ocasión y los requisitos específicos, prestando atención a la calidad y la seguridad de la soldadura.

Preparación previa a la soldadura

1. Limpieza de la superficie de las tuberías de acero al carbono

Primero, utilice métodos como el esmerilado y el arenado para limpiar la superficie de la tubería y eliminar aceite, incrustaciones y otras impurezas, asegurando una soldadura uniforme.

2. Confirmación del tamaño y la posición de la tubería

Con base en los planos o los requisitos reales, determine el diámetro, el espesor de la pared, la longitud y otros parámetros de la tubería, y confirme su posición y ángulo.

3. Inspección del equipo de soldadura

Inspeccione el equipo de soldadura para garantizar su correcto funcionamiento, incluyendo la comprobación de la fuente de alimentación y la conexión a tierra.

4. Preparación de los materiales de soldadura

Esto incluye la preparación de materiales como el alambre de soldadura, los electrodos y el gas de protección, garantizando que su calidad cumpla con los estándares.

Herramientas de soldadura para tuberías de acero al carbono

1. Máquina de soldar

Seleccione una máquina de soldar adecuada para la calidad de la tubería y utilice una fuente de alimentación convencional.

2. Electrodo o alambre de soldadura

Seleccione los materiales de soldadura adecuados según parámetros como el diámetro de la tubería y el espesor de la pared.

3. Protección de gas

Asegúrese de aislar el área de soldadura del oxígeno y la humedad, garantizando una atmósfera protectora adecuada durante la soldadura.

4. Herramientas de corte

Herramientas como reglas, alicates y piedras de afilar deben inspeccionarse cuidadosamente antes de soldar tuberías de acero al carbono.

5. Equipo de seguridad

Seleccione el equipo de seguridad adecuado para el entorno, incluyendo guantes, gafas protectoras y tapones para los oídos.

Métodos comunes de soldadura para tuberías de acero al carbono

1. Soldadura por arco manual (SMAW)

Escenarios aplicables: Adecuado para operaciones in situ o producción de lotes pequeños, especialmente para tuberías con un diámetro ≤300 mm y un espesor de pared de 4-20 mm.
Parámetros técnicos: Rango de corriente de 80-200 A (consulte la norma AWS D1.1), selección de electrodos E6010 (paso de raíz) o E7018 (paso de llenado/tapa).
Ventajas y desventajas: Equipo sencillo, de bajo costo, pero de baja eficiencia, y requiere un soldador altamente cualificado.

2. Soldadura con gas inerte de tungsteno (GTAW/TIG)

Escenarios aplicables: Tuberías de pared delgada de alta precisión (espesor de pared ≤6 mm) o aplicaciones que requieren ausencia de salpicaduras, como tuberías de grado alimenticio.
Parámetros técnicos: Caudal de argón: 8-15 L/min, corriente: 60-150 A (polaridad positiva CC), hilo de soldadura ER70S-6.
Ventajas: Soldadura de alta calidad, sin escoria, pero de baja velocidad y mayor coste.

3. Soldadura por arco metálico con gas (GMAW/MIG)

Escenarios de aplicación: Soldadura automatizada de tuberías de espesor medio (espesor de pared: 5-50 mm), como tuberías de larga distancia.
Parámetros técnicos: Protección contra CO₂ o gas mixto, corriente: 200-400 A, voltaje: 22-32 V.
Comparación de eficiencia: De 3 a 5 veces más eficiente que la soldadura manual.

4. Soldadura por arco sumergido (SAW)

Escenarios de aplicación: La soldadura por arco sumergido es un método automatizado de soldadura por arco eléctrico, adecuado para la producción de grandes cantidades de tuberías.
Parámetros técnicos: Corriente 400~600 A, Voltaje 30~36 V (Consulte AWS D1.1).
Comparación de eficiencia: La soldadura por arco eléctrico automatizada utiliza un alimentador automático que suministra automáticamente el núcleo y la corriente de soldadura, lo que aumenta considerablemente la velocidad de soldadura y mejora la eficiencia de producción.

Electrodos de soldadura para tuberías de acero al carbono

1. Los electrodos de soldadura más utilizados para la soldadura manual por arco eléctrico incluyen AWS E6010 y AWS E7018.

El AWS E6010 es un electrodo de soldadura de CC adecuado para operación en CC, especialmente para soldar acero al carbono y acero de baja aleación en entornos ligeramente corrosivos o de alta aleación. El AWS E7018 es adecuado para soldadura de CC o CA, presenta buena resistencia al agrietamiento y a la corrosión, y se utiliza comúnmente para soldar acero de baja aleación de alta resistencia, acero de alta dureza y para la deformación por enfriamiento. También se utiliza en la fabricación de equipos industriales y grandes estructuras.

2. Los electrodos de soldadura más comunes para soldadura con gas de protección incluyen AWS ER70S-6 y AWS ER80S-D2

Los electrodos AWS ER70S-6 son adecuados tanto para gases de protección con dióxido de carbono como con gases inertes, y pueden utilizarse para soldar todo tipo de productos de carbono, aceros de baja aleación y aceros resistentes a la corrosión.

Los electrodos AWS ER80S-D2 son adecuados para soldar aceros de baja aleación de alta resistencia, como tuberías de acero al carbono de baja temperatura, y pueden utilizarse a bajas temperaturas.

Proceso de soldadura de tubos de acero al carbono

1. Unión a tope

Alinee los dos extremos del tubo de acero al carbono con herramientas como abrazaderas y posicionadores para una soldadura precisa.

2. Corte de la unión

Corte la unión del tubo en forma de V con una máquina de corte o una cuchilla, eliminando todo el aceite, la cascarilla y otros contaminantes.

3. Relleno de la soldadura

Seleccione los materiales de soldadura adecuados para el diámetro y el espesor de la pared, realice la soldadura manual o semiautomática y rellene la costura de soldadura.

4. Finalización de la soldadura

Después de la soldadura, se requiere inspección y limpieza, incluyendo la limpieza de la costura de soldadura con alcohol anhidro o disolventes orgánicos para detectar defectos o huecos.

Requisitos técnicos para el proceso de soldadura de tubos de acero al carbono

1. Control de la corriente y el voltaje de soldadura

Durante la soldadura de tubos de acero al carbono, es necesario controlar estrictamente la corriente y el voltaje de soldadura para garantizar la estabilidad del proceso y la calidad de la soldadura. Un exceso o un voltaje insuficientes provocarán una disminución de la calidad de la soldadura e incluso podrían causar defectos.
Soldadura por Arco Manual (SMAW): Rango de corriente: 80~200 A (electrodo de φ3,2 mm), voltaje: 22~28 V.
Soldadura por Arco Sumergido (SAW): Corriente: 400~600 A, voltaje: 30~36 V (consulte AWS D1.1).

2. Ajuste de la velocidad de soldadura

La velocidad de soldadura es un factor importante que afecta la calidad de la soldadura. Al soldar tubos de acero al carbono, la velocidad debe ajustarse razonablemente según factores como el espesor del material, el método de soldadura y las condiciones de soldadura para garantizar la uniformidad y la densidad de la soldadura.
Velocidad de Soldadura: La GTAW recomienda 5-15 cm/min; velocidades excesivamente altas pueden provocar fácilmente defectos de fusión incompleta.

3. Control de la deformación de la soldadura

Los tubos de acero al carbono son propensos a deformarse durante la soldadura. Por lo tanto, se requieren diversas medidas para controlar la deformación de la soldadura, como el uso de accesorios, el precalentamiento y el enfriamiento lento. Estas medidas ayudan a reducir la tensión y la deformación durante la soldadura, mejorando la calidad de la misma y la seguridad del proyecto.

Requisitos técnicos para soldaduras de tuberías de acero al carbono

1. Requisitos de calidad de la apariencia de la soldadura

Las soldaduras de tuberías de acero al carbono deben tener una apariencia lisa y uniforme, libre de defectos evidentes como grietas, inclusiones de escoria y porosidad. El refuerzo y el ancho de la soldadura deben cumplir con los requisitos de diseño para garantizar la resistencia y el sellado de la soldadura.

2. Requisitos de calidad de la soldadura interna

La soldadura interna debe estar libre de defectos como fusión y penetración incompletas. La composición química y las propiedades mecánicas del metal de soldadura deben coincidir con las del metal base. Para garantizar la calidad interna de la soldadura, se pueden utilizar métodos de pruebas no destructivas para la detección de defectos.

Puntos clave de control en el proceso de soldadura

1. Preparación previa a la soldadura

Diseño de la Ranura: Ángulo de ranura en V de 60° ± 5° (para espesores de pared > 6 mm), borde romo de 1-2 mm.
Requisitos de limpieza: Se debe eliminar el aceite y el óxido de ambos lados de la soldadura en un radio de 20 mm para evitar la porosidad.
Requisitos de precalentamiento: Cuando el equivalente de carbono (Ceq) sea ≥ 0,4 % o el espesor de pared > 25 mm, la temperatura de precalentamiento debe alcanzar entre 100 y 200 °C.

2. Selección de parámetros de soldadura

Diámetro de la tubería (mm)	Espesor de pared (mm)	Método recomendado	Corriente (A)	Voltaje (V)
≤100	2-5	TIG	60-120	10-15
100-300	5-15	SMAW/MIG	120-250	20-28
＞300	＞15	SAW	300-600	30-40

3. Inspección posterior a la soldadura

Inspección visual: Refuerzo de soldadura ≤3 mm, profundidad de socavación <0,5 mm (GB 50236-2011).
Ensayos no destructivos: La inspección por rayos X cumple con la norma ASME B31.3; defectos admisibles en soldaduras de Clase I ≤2 mm.
Prueba de dureza: La dureza de la zona afectada por el calor debe ser ≤248 HV (para evitar el agrietamiento en frío).
Prueba de presión: La presión de prueba hidrostática es 1,5 veces la presión de diseño, con un tiempo de mantenimiento ≥10 minutos (ASME B31.1).

¿Por qué las tuberías de acero al carbono no se sueldan correctamente?

Generalmente, existen tres razones principales por las que las tuberías de acero al carbono no se sueldan correctamente:

1. Capa de óxido superficial

El óxido y el aceite en la superficie de la tubería actúan como una barrera que dificulta la fusión del metal.

2. Desequilibrio térmico

El exceso de corriente provoca la perforación, mientras que una corriente insuficiente impide su penetración.

3. Operación incorrecta

Las desviaciones en el ángulo del soplete o la velocidad de movimiento inestable afectarán la formación de la soldadura.

4. Requisitos de calidad de la soldadura

Al seleccionar las varillas de soldadura, se deben considerar los requisitos de calidad posteriores a la soldadura, como una mejor amortiguación de las vibraciones o una mayor resistencia a la corrosión.

Preguntas frecuentes

1. ¿Requiere precalentamiento la soldadura de tuberías de acero al carbono?

No siempre, pero el precalentamiento es obligatorio en las siguientes situaciones:
Espesor de pared > 25 mm
Carbono equivalente Ceq ≥ 0,40 %
Entorno de trabajo a baja temperatura
Temperatura de precalentamiento recomendada: 100-200 °C, lo que previene eficazmente el agrietamiento en frío y el agrietamiento posterior a la soldadura.

2. ¿Por qué se agrietan las tuberías de acero al carbono después de soldarlas?

Las causas más comunes incluyen: uso de varillas de soldadura con alto contenido de hidrógeno sin secar; precalentamiento insuficiente de tuberías de acero con paredes gruesas o con alto contenido de carbono; enfriamiento post-soldadura excesivamente rápido; y tensión residual de soldadura excesiva.
Soluciones: Usar varillas de soldadura con bajo contenido de hidrógeno (E7018), controlar la velocidad de enfriamiento y realizar un tratamiento térmico post-soldadura (PWHT) si es necesario.

3. ¿Qué normas internacionales se utilizan habitualmente para la soldadura de tuberías de acero al carbono?

Las normas oficiales más comunes incluyen:
ASME B31.1 / B31.3 (Tuberías a presión)
AWS D1.1 (Soldadura de acero estructural)
ISO 15614 / ISO 9606
EN 1011 (Norma Europea de Soldadura). Los proyectos de exportación suelen requerir documentación WPS / PQR / WPQ.

Resumen

En conclusión, la soldadura de tubos de acero al carbono es un proceso complejo y meticuloso que requiere soldadores con habilidades y experiencia profesional. Mediante la selección de los procesos de soldadura adecuados, una preparación exhaustiva previa a la soldadura y las inspecciones de calidad posteriores, es posible garantizar que la calidad de la soldadura de los tubos de acero al carbono cumpla con los requisitos estándar, mejorando así la calidad general y la vida útil del proyecto.