ES2278563T3 - Procedimiento de soldadura de tubos. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para soldar los extremos espaciados de dos tubos metálicos por la raíz abierta entre dichos extremos espaciados, comprendiendo dicho procedimiento: (a) seleccionar un alambre de soldadura que comprenda entre el 0, 06 y el 0, 15% en peso de carbono, entre el 0, 9 y el 1, 4% en peso de manganeso y entre el 0, 45 y el 0, 75% en peso de silicio, además de hasta el 0, 5% en peso de cobre, fósforo, azufre, hasta el 0, 5% en peso en total de níquel, cromo, molibdeno y/o vanadio y el resto de hierro; (b) mantener dicho azufre en un valor determinado de porcentaje de dicho alambre seleccionado en un rango específico de entre el 0, 15 y el 0, 035% en peso; (c) mantener dicho fósforo en un valor determinado de porcentaje de dicho alambre seleccionado en un rango específico inferior al 0, 015% en peso; (d) hacer avanzar dicho alambre de soldadura hacia dicha raíz abierta a una velocidad de alimentación de alambre determinada para soldar dichos extremos llenando como mínimo parcialmente dicha raíz abierta en un primer paso de soldadura. (e) crear una corriente de soldadura con una forma de onda definida, en donde dicha forma de onda de corriente se forma mediante una sucesión rápida de impulsos de corriente creadas por un oscilador con una frecuencia de al menos 18kHz y con una anchura controlada por un modulador de anchura de impulsión, incluyendo dicha forma de onda una sucesión de ciclos de soldadura teniendo cada uno una parte de cortocircuito y una parte de arco de plasma, en donde dicha parte de arco de plasma comprende, sucesivamente, un segmento de alimentación de plasma, un segmento de arrastre y un segmento de corriente de fondo; (f) mover dicho alambre de soldadura por dicha raíz abierta a medida que dicha corriente de soldadura atraviesa dicho alambre para fundir el alambre y transferir el alambre fundido a dichos extremos de dicha raíz abierta; a continuación llenar la junta que está por encima de dicho metal de dicha raíz abierta después de dicho primer paso desoldadura con un alambre de soldadura de relleno, en donde dicho alambre de soldadura de relleno es diferente de dicho alambre de soldadura y en donde dicho alambre de relleno es un electrodo con alma.
Description
Procedimiento de soldadura de tubos.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de soldadura de tubos y más en concreto al
procedimiento en el que se usa un alambre de soldadura determinado
con una fuente de energía específica conocida en la industria de
soldadura de tubos como la soldadora con arco eléctrico para soldar
la raíz abierta entre extremos de
tubos.
tubos.
En la pasada década, el arte de soldar grandes
chapas entre sí ha empleado una soldadora con arco eléctrico en
cortocircuito para muchas aplicaciones de soldadura específicas.
Esta soldadora vendida por The Lincoln Electric Company de
Cleveland, Ohio, con la marca registrada STT se describe en la US
5.742.029 para usar en una aplicación de empapelado de paredes
específica. La única soldadora con arco eléctrico en cortocircuito
es ahora la fuente de energía elegida para soldar con arco eléctrico
los extremos distantes de secciones de tubos cuando se colocan
tuberías fuera de la fábrica. La aplicación de un procedimiento de
soldadura de tubos utilizando la única soldadora en cortocircuito
se describe en la US 5.676.857. Como estas dos patentes y el
material que se describe en las mismas definen la soldadora STT de
Lincoln Electric Company y su aplicación en la soldadura de chapas
gruesas, tales como tubos, las patentes se mencionan aquí como
información de la práctica establecida, por lo cual no tiene que
repetirse esta tecnología conocida. Determinados conceptos
referentes al uso de un electrodo con alma y a la soldadura de
polaridad invertida mediante la soldadora STT se describen en una
solicitud en trámite de Elliot K. Stava, con el número de serie
200.594, presentada el 27 de noviembre de 1998. Esta solicitud
anterior en trámite se menciona aquí como información de la práctica
establecida y de la tecnología, por lo cual tampoco hay que
repetirla para entender la presente
invención.
invención.
Los resúmenes de la patente JP 09239583 A
describen un alambre de acero de soldadura con arco mediante
impulsos para soldadura con arco sumergida en gas inerte a gran
velocidad de chapas de acero y chapas de acero galvanizadas.
Cuando se sueldan tubos fuera de la fábrica, la
junta entre los extremos de secciones de tubos es básicamente la
misma que una junta entre dos chapas gruesas, exceptuando que la
junta de los tubos que se van a soldar incluye una raíz abierta en
la que los extremos de los tubos están ligeramente espaciados. Esta
raíz abierta es una abertura que se crea empalmando las dos
secciones de tubo, y retirando después una cantidad seleccionada
para definir la mínima raíz abierta en la junta. Es fundamental
soldar esta raíz abierta y soldar con calidad el grosor total de la
zona de la raíz de la junta del tubo. Sin embargo, cuando se aplica
el primer cordón en la raíz abierta, también es necesario que el
metal de soldadura fundido no sobresalga demasiado hacia dentro de
la sección de tubo. El tubo debe estar despejado para que un
raspador y otros dispositivos cilíndricos puedan moverse a través
de la sección de tubo sin encontrarse metal de soldadura que
sobresalga hacia dentro creado durante el primer cordón de la raíz
abierta. Por otro lado, el calor del cordón de la raíz abierta no
puede ser excesivo haciendo que el metal disminuya de volumen y, por
tanto, retroceda a la abertura que forma la raíz abierta. Para
conseguir un cordón de gran calidad de la raíz abierta del tubo, sin
que sobresalga sustancialmente hacia dentro el metal fundido o sin
que retroceda, se ha adoptado un procedimiento de soldadura con
arco eléctrico en cortocircuito del tipo que se puede aplicar usando
una soldadora con arco eléctrica STT. Este proceso de soldadura de
tubos controla el primer paso de soldadura del proceso de soldadura
de tubos para llenar la raíz abierta. Aunque este tipo de proceso
de soldadura resulta muy ventajoso, cuesta mucho trabajo
seleccionar el alambre de soldadura que se va a usar durante el
proceso de soldadura en cortocircuito. Se ha encontrado que un
electrodo con alma tiene ventajas sustanciales cuando se usa con una
soldadora con arco eléctrico STT para soldar la junta entre las
secciones de tubo, pero sin embargo el cordón de soldadura de la
raíz abierta presenta retos de soldadura sui generis. Se ha
encontrado que el cordón de soldadura de la raíz se realiza mejor
usando alambre sólido con las características del alambre de
soldadura sólido ANSI-AWS A 5.
18-93. Este tipo de alambre de soldadura se usa con
un gas inerte y tiene las siguientes características.
\vskip1.000000\baselineskip
| Porcentaje | |
| Carbono | 0,06 - - 0,15 |
| Manganeso | 0,90 - - 1,40 |
| Silicio | 0,45 - - 0,75 |
| Fósforo | 0,00 - - 0,025 |
| Azufre | 0,00 - - 0,035 |
| Cobre | 0,00 - - 0,50 |
| Ni/Cr/Mo/V | 0,00 - - 0,50 |
Este alambre de soldadura estándar en gas inerte
se ha seleccionado como un alambre de soldadura que proporciona un
buen aspecto y permite las ventajas de la soldadora con arco
eléctrico STT durante el paso de soldadura de la raíz abierta.
Aunque el aspecto del cordón de soldadura es normalmente aceptable
con alambre sólido estándar, se mejora sustancialmente el aspecto
de la parte superior e inferior del cordón usando la presente
invención.
Después una larga experimentación y una
investigación costosa, se ha encontrado que se produce una soldadura
de calidad compatible con un aspecto excelente y una máxima
velocidad de trabajo debido a unas mejores características del
proceso de fabricación cuando se mantiene únicamente una cantidad
muy pequeña de fósforo y un alto nivel de azufre en un rango
específico superior al 0,015% en peso e inferior al 0,035% en peso
en el alambre de soldadura. Si se controlan y mantienen estos
límites para el fósforo y el azufre en el alambre de soldadura, se
consigue una soldadura de raíz abierta con buen aspecto. Por tanto,
según la presente invención, como se define en la reivindicación
independiente 1, se proporciona un procedimiento para soldar los
extremos de dos tubos por la abertura que incluye la raíz abierta
entre los extremos espaciados. Este procedimiento comprende
seleccionar un alambre de soldadura que comprenda entre el 0,06 y el
0,15% en peso de carbono, entre el 0,90 y el 1,40% en peso de
manganeso y entre el 0,45 y el 0,75% en peso de silicio. Además, el
alambre incluye cobre, fósforo, aleaciones de acero inoxidable y
azufre. El procedimiento implica mantener el azufre en un valor
determinado de porcentaje del alambre seleccionado en un rango
específico de entre el 0,15 y el 0,35% en peso y mantener el
fósforo en un valor determinado de porcentaje del alambre
seleccionado en un rango específico inferior al 0,015% en peso. De
hecho, el fósforo está normalmente en un nivel muy bajo que oscila
entre el 0,006 y el 0,008% en peso del alambre de soldadura. En
esta invención, se hace avanzar el alambre de soldadura
seleccionado entre los extremos de tubos espaciados hacia la raíz
abierta a una velocidad de alimentación de alambre dada para soldar
los extremos juntos llenando la raíz abierta en un primer paso de
soldadura, creando una corriente de soldadura con una forma de onda
definida, en donde dicha forma de onda incluye una sucesión de
ciclos de soldadura teniendo cada uno una parte de cortocircuito y
una parte de arco de plasma, en donde dicha parte de arco de plasma
comprende, sucesivamente, un segmento de alimentación de plasma, un
segmento de arrastre y un segmento de corriente de fondo. El
alambre de soldadura se mueve por la raíz abierta a medida que la
corriente de soldadura atraviesa el alambre para fundir el alambre y
transferirlo fundido, mediante tensión superficial, a los extremos
de los tubos llenando así la raíz abierta. La forma de onda de
corriente se forma mediante una sucesión rápida de impulsos de
corriente creadas por un oscilador con una frecuencia de al menos
18 kHz y con una anchura controlada por un modulador de anchura de
impulsión. Usando la invención, un cordón de soldadura de alta
calidad se deposita en la raíz abierta durante el primer paso del
proceso de soldadura. Tras ello, se usa otro alambre de soldadura,
a saber un alambre con alma con un fundente para llenar el resto de
la junta. Así, se llena el cordón de la raíz mediante un proceso de
soldadura optimizado y el resto de la junta se llena con un proceso
adaptado para satisfacer las demandas de alta deposición.
El objetivo principal de la presente invención
consiste en proporcionar un procedimiento para llenar la raíz
abierta en un proceso de soldadura de tubos, empleando dicho
procedimiento un tipo específico de proceso de soldadura en
cortocircuito y un alambre de soldadura sólido con determinados
niveles mantenidos de fósforo y azufre.
Otro objetivo más de la presente invención
consiste en proporcionar un procedimiento como el anterior que
produzca sistemáticamente una soldadura de raíz abierta de calidad
en un proceso de soldadura de tubos.
Estos y otros objetivos y ventajas quedan claros
en la siguiente descripción, realizada con referencia a los dibujos
que se acompañan, en los que
La figura 1, es una vista parcial aumentada que
muestra un alambre de soldadura atravesando un soplete que se puede
mover por una raíz abierta entre dos secciones de tubo.
La figura 2, es una vista similar a la de la
figura 1, con el alambre de soldadura en la condición de
transferencia metálica en cortocircuito.
La figura 3, es un diagrama simplificado de una
soldadora STT usada en la invención.
La figura 4 y última, es una forma de onda de
corriente del tipo usado para poner en práctica la presente
invención.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para soldar los extremos de dos tubos por la raíz
abierta entre los extremos usando un alambre de soldadura especial
en combinación con el proceso de soldadura STT. En las figuras 1 y
2, la operación de soldadura de tubos 10 se usa para soldar las
secciones de tubo 12, 14 con una abertura o raíz abierta 20
definida mediante extremos cónicos 16, 18, espaciados según la
práctica habitual. La invención se refiere a la colocación o
deposición del primer cordón de soldadura B en la raíz abierta 20
moviendo el soplete 30 alrededor de las secciones de tubo 12, 14
mientras que el soplete sigue un recorrido determinado por la junta
que incluye el cordón de la raíz 20 en el fondo. Según la invención,
se introduce un alambre 40 a una velocidad seleccionada en el
soplete 30 hacia el cordón de la raíz 20 mientras que al mismo
tiempo pasa corriente de soldadura a través del alambre de
soldadura. La corriente de soldadura crea un arco 50 como el que se
muestra en la figura 1 para fundir el extremo del alambre 40 que
avanza. Mientras el alambre se está transformando en una bola
fundida y se mueve hacia el cordón B, se crea una condición de
cortocircuito 52 como se muestra en la figura 2. Esta condición hace
que el metal fundido se transfiera desde el alambre 40 al cordón B.
El movimiento del soplete 30 alrededor de la raíz abierta 20,
alterna una condición de formación de arco y de cortocircuito y
hace que continúe la condición de transferencia metálica. El alambre
de soldadura 40 tiene una composición especial. Según la invención,
incluye del 0,06 al 0,15% en peso de carbono, entre el 0,90 y el
1,40% en peso de manganeso y del 0,45 al 0,75% en peso de silicio.
Además, el alambre incluye fósforo, cobre, níquel, cromo, molibdeno
y vanadio, y azufre. Según la presente invención, el alambre 40
tiene un porcentaje de azufre que se mantiene en un rango específico
de entre el 0,15 y el 0,035% en peso. De un modo parecido, se
mantiene una cantidad muy pequeña de fósforo en el electrodo 40.
Esta cantidad pequeña oscila normalmente entre el 0,006 y el 0,008%
en peso y según la invención, siempre se mantiene en un nivel
inferior al 0,015%. Si se selecciona y mantiene la composición del
electrodo 40, se producen las ventajas explicadas en la parte
introductoria de esta descripción. Además, el proceso de soldadura
STT usado en combinación con el electrodo o alambre de soldadura
adaptado específicamente es crucial. Este proceso de soldadura
usado de acuerdo con la presente invención se ilustra en las figuras
3 y 4.
Refiriéndonos ahora a las figuras 3 y 4, la
forma de onda W que se muestra en la figura 4 es la forma de onda
STT creada por la soldadora STT 100. Esta soldadora utiliza un
descrestador o el inversor de conmutación de alta velocidad 102 que
se ilustra con una conexión de entrada de corriente continua que
tiene un borne positivo 110 y un borne negativo 112. Fuera de la
fábrica, un motor generador acciona normalmente la soldadora STT o
la fuente de energía, sin embargo, por razones de simplicidad, la
corriente de entrada se ilustra como un rectificador 120 con una
fuente de energía de entrada trifásica 122. La corriente de salida
130 de la soldadora STT se usa para fundir y depositar el electrodo
o alambre de soldadura 40 procedente de un carrete alimentador 132
que avanza hacia la raíz abierta 20 entre las secciones de tubo 12,
14 mediante un motor eléctrico 134 accionado a una velocidad
seleccionada para controlar la velocidad del alambre. De acuerdo con
la práctica STT habitual, se proporciona un inductor relativamente
pequeño 40 en la corriente de salida 130 con un diodo de rueda
libre 142 con miras a estabilizar el proceso de salida de soldadura
para seguir la forma de onda. La forma de onda W, como se muestra
en la figura 4, se controla mediante el voltaje de la línea de
control 150 del inversor 102. Esta corriente de entrada o línea de
control tiene un voltaje determinado por la corriente de salida del
modulador de anchura de impulsión 152 que funciona con una
frecuencia superior a 18 kHz mediante el oscilador 160. Se prefiere
que la frecuencia de impulsiones en la línea 150 sea sustancialmente
superior a 20 kHz. De este modo, el inversor 102 transmite una
sucesión rápida de impulsiones de corriente creadas por el
oscilador 160 con una frecuencia alta. El modulador de anchura de
impulsión 152 determina la anchura de cada impulsión de corriente
desde el inversor 120 hasta la corriente de salida 130. Según la
práctica STT habitual, el circuito de control 200 determina la
forma de onda W. Esta práctica habitual se muestra normalmente en
la figura 10 de la patente 5.742.029 de Stava. El circuito de
control de forma de onda 200 tiene una corriente de salida con un
voltaje que se compara con el voltaje de la línea 202. Este voltaje
de alimentación representa la corriente del arco a través del
alambre 40. Un voltaje que representa el voltaje del arco lo genera
un sensor de corriente 204 que recibe información de la corriente
del shunt 206. La forma de onda W según se utiliza en la presente
invención es un ciclo de soldadura individual que se repite
continuamente a medida que el alambre 40 se funde y se deposita
entre las secciones de tubo 12, 14. La forma de onda W, según la
tecnología STT incluye una parte de cortocircuito que incluye una
impulsión de cortocircuito de transferencia metálica 210 donde la
corriente desciende cuando el metal que se está transfiriendo se
reduce eléctricamente y después se rompe. Después de la rotura o
"fusión" la forma de onda W se mueve hasta una parte de arco o
plasma, que comprende un acelerador de plasma 220 con una corriente
máxima controlada 220a, una parte de arrastre 222 y una parte de
fondo 224. La corriente de fondo se proporciona para mantener el
arco hasta el siguiente cortocircuito en el punto 226 cuando la
bola de metal fundido en el alambre 40 cortocircuita contra las
secciones de tubo 12, 14 o contra el cordón B que llena el paso de
la raíz 20.
Según un aspecto limitado de la presente
invención, la composición del alambre de soldadura 40 incluye menos
de 0,50% en peso de cobre y menos de 0,50% de aleaciones de acero
inoxidable. Después de cerrar la raíz abierta con el cordón B, el
procedimiento de soldadura cambia a un llenado rápido del resto de
la junta. Esto se consigue usando un alambre de soldadura con alma
con un fundente con lo cual no se necesita gas protector. Se
prefiere usar también la soldadora STT o fuente de energía en la
operación de relleno de la junta donde se hacen varios pasos de
alta deposición alrededor del tubo.
Claims (6)
1. Procedimiento para soldar los extremos
espaciados de dos tubos metálicos por la raíz abierta entre dichos
extremos espaciados, comprendiendo dicho procedimiento:
(a) seleccionar un alambre de soldadura que
comprenda entre el 0,06 y el 0,15% en peso de carbono, entre el 0,9
y el 1,4% en peso de manganeso y entre el 0,45 y el 0,75% en peso de
silicio, además de hasta el 0,5% en peso de cobre, fósforo, azufre,
hasta el 0,5% en peso en total de níquel, cromo, molibdeno y/o
vanadio y el resto de hierro;
(b) mantener dicho azufre en un valor
determinado de porcentaje de dicho alambre seleccionado en un rango
específico de entre el 0,15 y el 0,035% en peso;
(c) mantener dicho fósforo en un valor
determinado de porcentaje de dicho alambre seleccionado en un rango
específico inferior al 0,015% en peso;
(d) hacer avanzar dicho alambre de soldadura
hacia dicha raíz abierta a una velocidad de alimentación de alambre
determinada para soldar dichos extremos llenando como mínimo
parcialmente dicha raíz abierta en un primer paso de soldadura.
(e) crear una corriente de soldadura con una
forma de onda definida, en donde dicha forma de onda de corriente
se forma mediante una sucesión rápida de impulsos de corriente
creadas por un oscilador con una frecuencia de al menos 18 kHz y
con una anchura controlada por un modulador de anchura de impulsión,
incluyendo dicha forma de onda una sucesión de ciclos de soldadura
teniendo cada uno una parte de cortocircuito y una parte de arco de
plasma, en donde dicha parte de arco de plasma comprende,
sucesivamente, un segmento de alimentación de plasma, un segmento
de arrastre y un segmento de corriente de fondo;
(f) mover dicho alambre de soldadura por dicha
raíz abierta a medida que dicha corriente de soldadura atraviesa
dicho alambre para fundir el alambre y transferir el alambre fundido
a dichos extremos de dicha raíz abierta;
a continuación llenar la junta que está por
encima de dicho metal de dicha raíz abierta después de dicho primer
paso de soldadura con un alambre de soldadura de relleno,
en donde dicho alambre de soldadura de relleno
es diferente de dicho alambre de soldadura y
en donde dicho alambre de relleno es un
electrodo con alma.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
donde dicho alambre de soldadura incluye entre el 0,006 y el 0,008
por ciento en peso de fósforo.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
en donde dicho alambre de soldadura incluye entre el 0,025 y el
0,035 por ciento en peso de azufre.
4. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en donde dicho alambre de soldadura
comprende entre el 0,006 y el 0,015 por ciento en peso de
fósforo.
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en donde dicha fase para hacer avanzar
dicho alambre de soldadura seleccionado llena la citada raíz abierta
durante dicho primer paso de soldadura.
6. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en donde dicho alambre se funde para fundir
el alambre y transferirlo a dicha raíz abierta mediante
transferencia de tensión superficial.
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