Soldadura de tuberías de precisión, Parte III

Parte III: Preparación de los extremos de los tubos para soldadura de alta pureza

Por William Sandford

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La soldadura autógena (soldadura por fusión sin el uso de metal de aportación) une los tubos utilizados para la mayoría de los sistemas de tubos sanitarios y de alta pureza.

Estos sistemas requieren uniones soldadas de muy alta calidad, con énfasis en obtener una superficie interior lisa para evitar trampas de contaminantes y en todos los requisitos estructurales normales para uniones soldadas.

El acero inoxidable, como el 316L, se utiliza para proporcionar resistencia a la corrosión contra el ataque de los productos químicos del proceso o los procedimientos de limpieza. La mayoría de los tubos utilizados en sistemas sanitarios o de alta pureza se pulen mecánicamente y/o electropulen para obtener un diámetro interior (ID) limpio y liso adecuado para la aplicación.

Los procedimientos de corte y las técnicas de preparación de los extremos de la soldadura deben considerar todos los aspectos para obtener una unión soldada de alta calidad sin contaminar el diámetro interior, introducir zonas afectadas por el calor (HAZ), contaminación por carbono o introducir rayones en la superficie que puedan provocar corrosión o aumentar la tensión. puntos de inducción.

En última instancia, para lograr soldaduras autógenas aceptables, las preparaciones de los extremos de la soldadura deben ser:

Las especificaciones para las tolerancias exactas que se aplicarán a los tubos para la preparación de los extremos de soldadura por fusión no han sido aceptadas universalmente y, en general, se establecen mediante procedimientos de soldadura internos.

La siguiente discusión sobre tolerancias se compone de recomendaciones generales para uniones soldadas de alta calidad requeridas para sistemas sanitarios y de alta pureza.

Cuando no está permitido tocar o marcar la superficie del tubo de ninguna manera, la rebaba no debe exceder la cantidad que el procedimiento de soldadura puede consumir y no causar caídas ni requerir calor excesivo que cause HAZ en ninguno de los lados de la soldadura. articulación. Generalmente, la rebaba debe tener menos de 0,01 pulg. (0,25 mm) por lado en el interior o exterior de la pared del tubo.

Cuando se permite el desbarbado, se debe tener cuidado para evitar generar chaflanes en el diámetro interior o exterior del tubo, lo que puede provocar una succión excesiva en la zona de soldadura.

Opciones del procedimiento de corte (corte)

Los procedimientos de corte básicos utilizados son el corte de piezas (corte con torno), el corte con molino orbital, los discos de corte abrasivos, el corte con sierra de cinta, el corte con sierra circular, el corte con rodillo sin virutas, el corte con cizalla de matriz simple y doble y el corte térmico. Las ventajas y desventajas de los procedimientos y las máquinas herramienta son las siguientes.

Corte parcial. Esto es para extremos muy planos y cuadrados con ángulos biselados precisos. Es difícil lograr un corte sin rebabas en el diámetro interior del tubo sin una segunda operación. Dos grupos básicos de herramientas cortan con herramientas de corte: tornos de motor estacionarios y tornos de tubos portátiles. Los tornos con motor estacionario, si bien son muy precisos con procedimientos de corte flexibles, solo son adecuados para tramos cortos de tubería, porque la tubería debe girar y el tiempo de preparación es alto. Los cortes de una sola operación sin desbarbar son adecuados para algunas aplicaciones. Hay brocas para herramientas disponibles para diversos materiales.

Generalmente no son adecuados para su uso dentro de salas blancas debido a los múltiples puntos de lubricación y el espacio requerido. Los tornos de tubos portátiles dedicados a cortar tubos, sujetan los tubos con pinzas de diámetro exterior, orbitan las herramientas de corte alrededor del tubo y pueden usarse para tubos doblados si hay alguna longitud recta disponible para el montaje. El tiempo de preparación es bajo y los cortes de una sola operación sin desbarbar son adecuados para algunas aplicaciones.

Hay brocas para herramientas disponibles para diversos materiales. Se encuentran disponibles módulos de corte opcionales para cortes de inmersión de extremos, similares a las herramientas de escuadrado de extremos dedicadas, para proporcionar extremos casi sin rebabas. Los tornos se pueden configurar con cojinetes sellados, recubrimientos de lubricación seca y motores eléctricos totalmente cerrados para operar dentro de salas blancas. Los chips de las máquinas son serpentinas largas para facilitar la limpieza, lo cual es especialmente importante en las operaciones de salas blancas.

Corte de molino orbital. Esto generalmente se hace con máquinas portátiles que introducen una fresa a través de la pared del tubo y luego terminan el corte haciendo girar la fresa alrededor del tubo. Tiene una secuencia de corte muy rápida y un tipo de fresa funcionará en la mayoría de los materiales. Las máquinas deben mantenerse en buen estado y usarse con operadores capacitados para minimizar la falta de planitud donde la fresa entra y sale del corte. Las fresas generan pequeñas virutas que son difíciles de confinar en operaciones de sala limpia. Se pueden configurar con cojinetes sellados, lubricantes secos y motores eléctricos totalmente cerrados para su uso en salas blancas, siempre que las virutas se capturen de manera aceptable.

Discos de corte abrasivos. Se trata de sistemas de corte muy rápidos y económicos que se pueden utilizar en la mayoría de materiales. Los extremos no son adecuados para soldar tal como están cortados y las partículas finas de arena se adhieren al diámetro interior del tubo. La posición de corte inicial debe permitir una longitud suficiente para mecanizar las rebabas y la HAZ de los extremos antes de soldar. Los discos de corte abrasivos se utilizan donde la contaminación del interior se puede limpiar mecánicamente y los extremos se terminan con una segunda operación. No son adecuados para operaciones en salas blancas.

Corte con sierra de cinta. Este tipo de sistema es muy rápido y flexible. Se puede utilizar en la mayoría de los materiales cuando está equipado con transmisiones de velocidad variable y cuando se selecciona la hoja para el material. Al igual que con el disco de corte abrasivo, los extremos "tal como están cortados" no son adecuados para soldar y las partículas de arena fina se adhieren al diámetro interior del tubo. El corte con sierra de cinta se utiliza cuando el diámetro interior se puede lavar y limpiar y los extremos deben terminarse mediante una segunda operación. Las finas virutas de corte generadas por las sierras de cinta las hacen inadecuadas para la mayoría de las operaciones en salas blancas.

Corte con sierra circular. Similar en rendimiento y uso al corte con sierra de cinta, el corte con sierra circular da como resultado extremos muy planos y cuadrados, pero deja una rebaba distribuida de manera desigual entre el diámetro exterior y el interior del tubo.

Corte con rodillos sin virutas. Se encuentran disponibles cortadoras de rodillos sin virutas, manuales y de bajo costo. Se pueden utilizar en la mayoría de los materiales, con la posible excepción de algunos tubos de titanio con espesores de pared superiores a 0,100 pulgadas (2,54 mm). Este tipo de corte es apto para su uso en salas blancas sin modificaciones. Los extremos no son aptos para soldar tal como están cortados. Con el corte con rodillos sin virutas, existe cierta preocupación por los efectos Brinelling de los rodillos guía en las cortadoras manuales convencionales. Esto puede requerir una cantidad excesiva de corte de extremos durante la preparación final.

Corte por cizalla simple y doble. Estos sistemas tienen tasas de producción muy altas. En muchas situaciones, los extremos son adecuados para soldar tal cual. Este tipo de corte se utiliza generalmente para la fabricación de tramos fijos de tubería necesarios en operaciones de alta producción. No es adecuado para su uso en salas blancas debido al espacio, la complejidad y los múltiples puntos de lubricación.

Corte Térmico. El corte térmico no se utiliza ampliamente para las preparaciones de extremos de soldadura autógena generadas debido a los efectos HAZ y al grado de precisión requerido. El pequeño tamaño de la mayoría de los tubos que se cortan hace difícil evitar cortar dos paredes simultáneamente. Esto afecta la cuadratura del corte que se puede lograr. Algunos tubos de más de 6 pulgadas (152,4 mm) de diámetro se cortan con cortadores de plasma cuando el efecto HAZ no se considera perjudicial. Sin embargo, la preparación del acabado debe ser una segunda operación para obtener una soldadura de alta calidad. El corte por láser de precisión orbital puede volverse competitivo para el trabajo de fabricación, pero ahora se limita a trabajos de producción de gran volumen en operaciones de corte de tubos de pared delgada y longitud fija. Los procedimientos de corte térmico no son adecuados para operaciones en salas blancas.

Herramientas y procedimientos para escuadrar extremos

Como se analizó anteriormente, es posible cortar o cortar tubos a medida con un sistema de corte/corte si las condiciones de los extremos sin rebabas y el acabado superficial de los extremos no son críticos.

En general, se pueden generar extremos de mayor calidad para soldadura autógena con herramientas de escuadrado de extremos dedicadas en lugar de herramientas de corte. Las posibles excepciones son el torno estacionario y las operaciones de bruñido especiales.

En operaciones de corte o corte, el corte debe realizarse desde el diámetro exterior del tubo. Como consecuencia, algunas rebabas son empujadas delante de las herramientas de corte, dejando una rebaba en el diámetro interior del tubo.

Las rebabas se pueden minimizar, pero no eliminar, con brocas de herramientas especialmente diseñadas y ajustes de velocidad y avance en relación con el material. Con las fresas orbitales, la posición de la rueda de corte se puede configurar para tirar las virutas hacia el exterior después de realizar la inmersión inicial a través de la pared.

Esto minimizará las rebabas en el interior, excepto cuando se realizó el corte inicial a través de la pared, y dejará más rebabas en el exterior del tubo, lo que provocará una posible variación en la longitud del arco de una soldadora automática de tubos.

Las herramientas dedicadas para escuadrar extremos de tubos son herramientas portátiles o de banco que se montan con pinzas de diámetro exterior en tubos de extremo abierto y abordan el tubo con brocas de herramientas alimentadas axialmente. Las herramientas son capaces de cumplir con la tolerancia definida para preparaciones óptimas de extremos de soldadura autógena en casi todos los materiales de tubería.

Los materiales de los tubos y los tratamientos superficiales cambian las características de corte. Por lo tanto, las brocas, los avances y las velocidades de las herramientas deben coincidir con el material para obtener acabados superficiales finales óptimos, condiciones sin rebabas y vida útil de las brocas.

Las características de mecanizado de los tubos de acero inoxidable recocidos y electropulidos son muy diferentes de las de los tubos trefilados. Estas diferencias requieren que se cambien los procedimientos para ajustarse a las condiciones óptimas sin rebabas.

No basta con especificar los controles del proceso sólo para la designación del material sin incluir el tratamiento térmico y el tratamiento superficial.

Conclusión

Los gerentes exitosos de proyectos de instalación de tuberías sanitarias y de alta pureza deben considerar el ciclo completo de procesamiento de tubos, desde los procedimientos de manipulación para la limpieza, pasando por los procedimientos de corte y escuadrado de extremos, hasta los equipos y procedimientos de soldadura.

La secuencia de equipos y operaciones debe ser compatible con las especificaciones del trabajo y proporcionar un flujo fluido a través del proceso de fabricación. Los equipos diseñados específicamente para el trabajo se pueden colocar en el punto necesario para reducir el tiempo y los costos al minimizar la manipulación adicional, las múltiples operaciones de limpieza, los rechazos de soldadura y el tiempo de retrabajo. El equipo Tri Tool está disponible para cortar y escuadrar los extremos de los tubos según las especificaciones más exigentes.

Para obtener más información: Tri Tool Inc. A la atención de: William Sandford, 3806 Security Park Dr. Rancho Cordova, CA 95742 EE. UU. Tel: (800) 345-5015 -o- (916) 351-0144, fax: (916) 351-0372.

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