Cómo calificar una WPS (Especificación de procedimiento de soldadura)

¿Qué es un WPS?

WPS: Una WPS o una especificación de procedimiento de soldadura es un documento escrito que le da instrucciones al soldador (u operador de soldadura) para producir una soldadura sólida que debe cumplir con las propiedades mecánicas mínimas requeridas.

cómo calificar un WPS

La calificación generalmente se realiza según ASME IX, Estándar de calificación para procedimientos de soldadura fuerte, soldadores, soldadores y operadores de soldadura fuerte y soldadura fuerte o AWS D1.1, Código de soldadura estructural: acero.

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Contenido de una WPS

Un WPS escrito correctamente contiene como mínimo los parámetros específicos esenciales, suplementarios y no esenciales para el proceso de soldadura aplicable (Se requiere según la Sección IX de ASME incluir todos estos parámetros en el WPS, incluso si no son esenciales pero son aplicables a El proceso de soldadura requerido.Cuando el Código de referencia, estándar o especificación requiera calificación de tenacidad de la junta soldada, entonces las variables esenciales suplementarias aplicables también se deben proporcionar en la WPS.

Como se describe en QW-200.1 (b), a diferencia de los PQR, una WPS debe abordar variables esenciales esenciales, no esenciales y, cuando sea necesario, complementarias esenciales. Y nuevamente, aquí se puede encontrar un gran recurso para determinar cómo abordar una variable:

Las variables se enumeran en ASME Sección IX QW-250 para cada proceso.

Un WPS también debe hacer referencia a los registros de calificación del procedimiento de respaldo. Se pueden usar varios PQR para crear un nuevo WPS.

Un WPS se puede revisar si las variables no esenciales cambian sin tener que recalificar un nuevo PQR. Un ejemplo de esto sería P-No. 8, proceso GTAW, está calificado con argón como gas de respaldo. El WPS se puede revisar para usar una mezcla de argón / helio / nitrógeno como gas de respaldo sin recalificar un nuevo PQR

Variables de soldadura en una WPS

Las variables de soldadura como juntas, metales base, metales de aportación, posiciones de soldadura, precalentamiento, PWHT, gas, etc. (incluidos rangos, si los hubiera) bajo los cuales se debe realizar el proceso de soldadura son los parámetros requeridos para un WPS calificado. Estos parámetros se conocen como variables según la Sección IX de ASME y se enumeran principalmente como tres tipos como:

  1. Variable esencial
  2. Variable no esencial
  3. Variable esencial suplementaria

Haga clic aquí para conocer en detalle cada tipo de estas variables.

¿Qué es un PQR?

PQR: Una PQR enumera las variables de soldadura que realmente tuvieron lugar durante la soldadura del cupón de prueba. Por ejemplo, el metal base real utilizado, la corriente y el voltaje utilizados y la temperatura real de precalentamiento y entre pasadas. Aparte de lo anterior, un WPS no contiene un rango de parámetros, ya que se utilizan en WPS.  Haga clic aquí y obtenga más información sobre PQR antes de continuar en este artículo.

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Entonces, ¿qué WPS? es en la practica?

Una especificación de procedimiento de soldadura debe contener, como mínimo, las variables específicas esenciales y no esenciales que son aplicables al proceso de soldadura. Cuando el Código de referencia, la norma o la especificación requieren una calificación de tenacidad de la junta soldada, las variables esenciales suplementarias aplicables también se deben proporcionar en la WPS.

Todas estas variables se enumeran en las tablas de QW-252 a QW-257. Para cada proceso de soldadura, hay una tabla separada que contiene la lista de todas las variables en la Sección IX de ASME. Por ejemplo, en la tabla QW-253 se especifica una lista de variables (esenciales, no esenciales y complementarias esenciales) para la soldadura por arco metálico protegido (SMAW). En la siguiente imagen se muestra un ejemplo de variables para SMAW como se indica en la Sección IX de ASME.

cómo calificar una variable de soldadura WPS

Cómo preparar y calificar un WPS (Pasos):

  1. Identifique el proceso de soldadura que se utilizará. Ya sea un solo proceso o una combinación de procesos de soldadura, por ejemplo, es un SMAW o GMAW o GTAW o cualquier otro proceso de soldadura. Además, si se trata de una combinación de dos o más procesos de soldadura. Una vez que se decide el proceso de soldadura, necesitamos ver la tabla correspondiente (QW-252 a QW-257) para obtener la lista completa de variables de soldadura que deben abordarse. Con la ayuda de la tabla, podemos enumerar todas las variables necesarias para ser utilizadas en nuestro WPS. Se recomienda utilizar este formulario para hacer un pWPS.
  2. Verifique el espesor, la agrupación de materiales aplicable para la unión de soldadura de producción y elija un espesor para PQR. Consulte la Tabla No. QW-451 para conocer el rango de espesores calificado según el espesor del material usado en PQR. A continuación se muestra la Tabla QW451 como referencia. pWPS se denomina WPS preliminar o WPS propuesto.
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Pasos para escribir un WPS (continúa)

  1. Seleccione el alambre de relleno según las propiedades mecánicas del metal base. La resistencia del alambre de relleno es siempre mayor que la del metal base. Si es nuevo en este campo, utilice los manuales del fabricante de consumibles para elegir el alambre de relleno. Estos manuales enumeran los metales base para cada electrodo de soldadura o tipo de alambre que se pueden utilizar.
  2. Puede utilizar el manual del fabricante de consumibles de soldadura para obtener parámetros de soldadura de referencia, como corriente y voltaje, etc. para el consumible de soldadura que planea utilizar para su calificación PQR.
  3. Después de una soldadura exitosa, el cupón de prueba (o cupones) se somete a la prueba destructiva, y si el cupón de prueba (o cupones) cumple con el requisito del código mínimo, entonces el mismo pWPS se finaliza y se aprueba para trabajos posteriores.
  4. La prueba de tracción y la prueba de flexión son las pruebas mínimas requeridas según la Sección IX de ASME para la calificación PQR.
  5.  Cabe señalar que NDT, como las pruebas radiográficas, no es un requisito obligatorio para la calificación WPS. Sin embargo, hacemos RT para omitir cualquier área que pueda tener defectos internos de soldadura. Estos defectos pueden hacer que la muestra de prueba, como la flexión o la tracción, falle antes y nuestra calificación PQR fallará eventualmente. Por lo tanto, es mejor realizar RT antes de la prueba mecánica. Todos los datos en tiempo real durante la soldadura del cupón de prueba y los datos del informe de prueba destructiva se compilan en un documento conocido como registro de calificación de procedimiento (PQR).
  6. Los resultados del PQR se revisan con respecto al mínimo requerido mecánico, dureza, tenacidad o cualquier prueba adicional que se requiera. Generalmente, se considera que un WPS pasa si pasa la prueba de flexión y cumple con los siguientes requisitos para la prueba de tracción:

Para pasar la prueba de tensión, la muestra deberá tener una resistencia a la tracción que no sea menor a:

a) la resistencia a la tracción mínima especificada del metal base; o

b) la resistencia a la tracción mínima especificada del más débil de los dos, si se utilizan metales base de diferentes resistencias mínimas a la tracción; o

(c) la resistencia a la tracción mínima especificada del metal de soldadura cuando la Sección aplicable disponga el uso de metal de soldadura que tenga una resistencia a temperatura ambiente menor que el metal base;

(d) si la muestra se rompe en el metal base fuera de la soldadura o interfaz de soldadura, se aceptará que el ensayo cumple con los requisitos, siempre que la resistencia no sea más del 5% por debajo de la resistencia a la tracción mínima especificada del metal base.

(e) la resistencia a la tracción mínima especificada es para muestras de espesor total, incluido el revestimiento para materiales de Aluminio Alclad (P ‐ No. 21 a P ‐ No. 23) de menos de 1/2 pulg. (13 mm). Para materiales de Aluminio Alclad de 1/2 pulg. (13 mm) y mayores, la resistencia a la tracción mínima especificada es para muestras de espesor total que incluyen revestimiento y muestras tomadas del núcleo.

  • Todos estos resultados se registran en el PQR y el PQR se considera calificado. Ahora, WPS se hace en base a las variables PQR, y el rango de variables se da según lo permitido en la Sección IX de BPVC ASME para cada variable.

Artículos importantes en la Sección IX de ASME relacionados con la calificación WPS.

Artículo I Requisitos generales de soldadura

Pruebas de tensión QW-150

Pruebas de tensión de criterios de aceptación QW-153

Pruebas de curvatura guiada QW-160

Pruebas de flexión guiadas por criterios de aceptación QW-163

Pruebas de tenacidad QW-171

QW-172 Pruebas de tenacidad: caída de peso

Pruebas de soldadura de filete QW-180

Pruebas de fractura QW-182

Muestras de procedimiento de macroexamen QW-183

Artículo II Calificaciones del procedimiento de soldadura

QW-200 General

QW-210 Preparación del cupón de prueba

Variables de soldadura QW-250 (consulte la  Tabla-1)

Artículo IV Datos de soldadura

Variables QW-400

QW-401.1 Variable esencial suplementaria (procedimiento)

Juntas QW-402

Metal base QW-403

Metal de aportación QW-404

Posición QW-405

Precalentamiento QW-406

Tratamiento térmico posterior a la soldadura QW-407

QW-408 Gas

Características eléctricas QW-409

Técnica QW-410

Agrupaciones de metales base QW-420

Tabla QW / QB-422 Agrupación de metales base para calificación

Números F de QW-430

Tabla QW-432 Agrupación de electrodos y varillas de soldadura para calificación

Composición química del metal de soldadura QW-440

Tabla QW-442 Clasificación de números A del análisis de metales de soldadura ferrosos para la calificación de procedimientos

Muestras QW-450

Tabla QW-451.1 Pruebas de tensión de soldadura en ranuras y pruebas de curvatura transversal

Tabla QW-451.2 Pruebas de tensión de soldadura en ranuras y pruebas de curvatura longitudinal

Tabla QW-451.3 Pruebas de soldadura de filete

Tabla QW-451.4 Soldaduras de filete calificadas por pruebas de soldadura de ranura

Posiciones QW-461

Soldaduras de ranura QW-461.3 en posiciones de prueba de placa

QW-461.4 Soldaduras de ranura en posiciones de prueba de tubería

Soldaduras de filete QW-461.5 en posiciones de prueba de placa

Soldaduras de filete QW-461.6 en posiciones de prueba de tubería

QW-462 Tabla de muestras de prueba QW-462.1 (a) a QW-462.5 (e) Fig. QW-463.1 (a) a QW-469.2

Grabado QW-470 – Procesos y reactivos

Artículo V Especificaciones del procedimiento de soldadura estándar (SWPS)

¿Cómo combinar dos WPS / PQR?

Como se describe en QW-200.4, se puede usar más de un WPS para completar una sola unión de producción. En su mayor parte, combinar WPS es sencillo, si un WPS está calificado para metal base de 1/16 ”a ¾” y espesor de metal de soldadura, se puede combinar con otro WPS calificado para los mismos rangos de espesor y usarse con esos rangos. Si tiene un WPS calificado para 1/16 “a ½” y lo combina con un WPS calificado de 3/16 “a 1”, estaría limitado a usar solo esta combinación de WPS para material de 3 / 16 ”a ½” de espesor. Esto también se especifica en la interpretación IX-83-80. Para ver esta interpretación, vaya a:  https://cstools.asme.org/Interpretation/InterpretationDetail.cfm?TrackingNumber=5495

El Código permite un caso especial como se describe en QW-200.4 (b), cuando un PQR tiene un cupón de prueba de al menos ½ ”de espesor, se puede combinar con uno o más PQR con espesores de metal base mayores de ½”. Cuando se cumplen estos requisitos, puede utilizar, por ejemplo, un proceso GTAW con un rango de espesor de metal base en el WPS de 3/16 ”a 1” (se usa un espesor de metal base PQR de ½ ”), combinarlo con un SAW WPS con espesor de metal base de 3/16 ”a 8” (se utiliza PQR de 1,5 ”de espesor de metal base). Se puede crear una nueva WPS con un rango de espesor de metal base de 3/16 ”a 8”, utilizándose GTAW de hasta 1 ”de espesor y el resto con SAW.

Calificando Metales Base Disimilares

Un problema común que se enfrenta en la soldadura de soldaduras de ranura entre dos metales base que tienen diferentes espesores. ASME Sección IX, QW-202.4 aborda este problema como: 

  • El espesor del miembro más delgado debe estar dentro del rango permitido por QW-451.
  • El espesor del miembro más grueso será:
  • Para P ‐ No. 8, P ‐ No. 41, P ‐ No. 42, P ‐ No. 43, P ‐ No. 44, P ‐ No. 45, P ‐ No. 46, P ‐ No. 49, P ‐ No. 51, P ‐ No. 52, P ‐ No. 53, P ‐ No. 61 y P ‐ No. 62 de metal, no habrá limitación en el espesor máximo del miembro de producción más grueso en juntas de materiales similares de Número P, siempre que la calificación se haya realizado en metal base con un espesor de 1/4 pulg. (6 mm) o mayor.
  • Para todos los demás metales, el grosor del miembro más grueso debe estar dentro del rango permitido por QW-451, excepto que no es necesario que haya limitación en el grosor máximo del miembro de producción más grueso siempre que la calificación se haya realizado en metal base con un grosor de 11 /. 38 mm (2 pulg.) O más.

Un ejemplo de lo que esto significa:

  1. Tiene un WPS calificado para un espesor de metal base de 1/16 ”a ½” para P-No. 8 material. El recipiente a presión que se está fabricando tiene una boquilla de 1 ”con un espesor de pared de ¼” y está soldado a una brida de 16 ”300 # B16.5. ¿El WPS está calificado para ser utilizado? La respuesta es sí.
  2. Tiene un WPS calificado para un espesor de metal base de 1/16 ”a ½” para P-No. 1 material. El recipiente a presión que se fabrica tiene una boquilla de 1 ”con un espesor de pared de ¼” y está soldado a una brida de 16 ”300 # B16.5. ¿El WPS está calificado para ser utilizado? La respuesta es no.
  3. Tiene un WPS calificado para un espesor de metal base de 1/16 ”a 8” para P-No. 1 material. El recipiente a presión que se está fabricando tiene una boquilla de 1 ”con un espesor de pared de ¼” y está soldado a una brida de 16 ”300 # B16.5. ¿El WPS está calificado para ser utilizado? La respuesta es sí.

¿Cuándo se requiere la recalificación de un WPS / PQR?

La pregunta de “¿Cuándo debo recalificar mi WPS?” No se pregunta con tanta frecuencia, pero surge muchas veces. Una especificación de procedimiento de soldadura (WPS), como la conocemos, es un conjunto de instrucciones que, si se siguen, asegurarán una soldadura sólida. Por lo general, un WPS proporcionará rangos en lugar de valores únicos para algunas variables, como la corriente, el voltaje y la velocidad de desplazamiento. No obstante, si los valores utilizados para realizar una soldadura están fuera de los parámetros de la WPS, el usuario de la WPS la ha violado.  

Entonces, ¿cuándo debería recalificar un WPS?  La respuesta es siempre, cuando el código o la especificación lo requieran. Cuando trabaje con código, siempre debe hacer referencia al código en el que está trabajando como guía. La mayoría de los códigos tienen requisitos similares en cuanto a cuándo es necesaria la recalificación de un WPS. En general, cualquier cambio más allá de los límites del registro de calificación del procedimiento (PQR) requerirá una recalificación. Si alguna de estas variables cambia, consulte su código o especificación para ver si necesita recalificar un WPS basado en los cambios ocurridos fuera del rango calificado.

Ejemplo de requisitos de recalificación de WPS:

A continuación se muestra un ejemplo de cómo revisar si es necesaria o no una recalificación. XYZ Ltd. está realizando trabajos regidos por AWS D1.1, Código de soldadura estructural – Acero. Para una medida de reducción de costos y mejora de la eficiencia, la empresa decide realizar los siguientes cambios en el WPS calificado existente:

  • Cambie a un cable MIG ER70S-6 de .052 ”desde un cable ER70S-6 de .045” para obtener tasas de deposición más altas en algunas áreas.
  • Aumente el amperaje de soldadura de 250A a 265A con alambre ER70S-6 de .045 ”para aumentar las tasas de deposición en las áreas restantes.
  • Cambie de boquillas cónicas a ¾ ”de DI junto con un aumento de 40cfh a 45cfh para reducir los problemas de porosidad.
  • Cambie su mezcla de gas protector de 75% argón / 25% CO2 a 90% argón / 10% CO2 para reducir las salpicaduras y disminuir la molienda.
  • Algunas soldaduras se realizarán en vertical hacia arriba para mejorar la penetración y reducir las fugas (utilizando los mismos parámetros).

Si consideramos cada uno de estos cambios individualmente, así es como concluirían las cosas. Hacemos referencia a AWS D1.1, Código de soldadura estructural – Acero – Tabla 4.5 – Cambios variables esenciales de PQR que requieren recalificación de WPS para SMAW, GMAW, FCAW y GTAW y revisamos cada cambio.

  • Cambie de .045 ”a .052” – La Tabla 4.5 (10) indica que “cualquier aumento” en el diámetro del metal de aportación requerirá recalificación.
  • Aumento del amperaje de 250 a 265 con alambre de .045 ”- La Tabla 4.5 (12) requiere recalificación si el cambio en el amperaje excede el 10%; por lo tanto, no es necesario volver a calificar en este caso, ya que un aumento de 15 amperios solo representa un cambio del 6%.
  • Cambio en el tamaño de la boquilla y el caudal de gas: la Tabla 4.5 no menciona los cambios en el tamaño de la boquilla como una variable esencial. Sin embargo, en caso de duda, acuda al ingeniero o al cliente para obtener una aclaración. El cambio en el caudal de gas no requiere recalificación según la Tabla 4.5 (20). Solo es necesario un cambio si el caudal aumenta en más del 50% o se reduce en más del 20%.

Aquí también es importante considerar los efectos de los cambios. Un cambio en la boquilla puede no ser una variable esencial, pero si la boquilla más grande dificulta el acceso y requiere que el soldador ejecute una distancia más larga entre la punta de contacto y el trabajo, esto podría disminuir el amperaje hasta el punto que requiera recalificación.

  • Cambiar de 75/25 a 90/10 gas protector de argón / CO2: la Tabla 4.5 (19) requiere un cambio cuando la composición del gas se modifica superando los límites del código. En este caso, un cambio de más del 10% del componente menor requiere recalificación.

Además, este cambio permite que ABC pase de la transferencia globular a la transferencia por aspersión . Este es un modo de cambio de transferencia de metal que también requiere recalificación según la Tabla 4.5 (14).

  • La adición de soldaduras verticales ascendentes también requiere calificación según la Tabla 4.5 (30) que establece que la recalificación es necesaria “para cualquier pasada de cuesta arriba a cuesta abajo o viceversa”.

El conocimiento sólido del proceso de soldadura y la comprensión del código o la especificación involucrados es fundamental para tomar la decisión correcta.